2MW风机叶片的结构设计及静力学分析
第２５卷 第３期２０17年６月
材 料 科 学 与 工 艺
MAＴEＲIAＬＳＳＣIENＣE ＆ＴEＣHNＯＬＯＧＹ
Vｏl.２５
Nｏ.３
Ｊｕn.２０17
ＤＯI：1０.11９５1／ｊ.ｉｓｓn .1００５－０２９９.２０1６０1８4
２ＭＷ风机叶片的结构设计及静力学分析
芦丽丽1，２，祁文军1，２，王良英1，２，陈海霞1，２
（1.新疆大学机械工程学院，乌鲁木齐８３０００８；２.机械制造系统工程国家重点实验室（西安交通大学），西安71００4９）摘 要：以２MW 风力发电机叶片为研究对象，通过Mａｔlａｂ中的优化函数ｆｍｉnｃｏn 对风机叶片的关键参数（弦长二扭角二轴向和周向因子）进行优化.采用ＵＧ建模，导入AＢAＱＵＳ分析软件，将叶片分为叶片根部二主梁二前缘二后缘二腹板５个部分分区域铺层后，对其施加载荷进行静力学分析，分析不同部位应力和应变规律，同时对叶根部位的复合材料层间力进行分析.结果表明：叶片根部为应力最大部位，最大变形部位为叶片端部；－4５?铺层的层间应力最大，而且应力随铺设角度的不同呈现出周期性变化.通过对叶片进行静力学分析和层间力分析，能够对叶片铺层设计提供可靠的依据.关键词：风力发电机叶片；Mａｔlａｂ；铺层设计；静力学分析；层间力中图分类号：ＴＫ８３
文献标志码：A
文章编号：1００５－０２９９（２０17）０３－００６９－０８
Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｓａｎｄｓｔａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆ２ＭＷｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅ
ＬＵＬｉlｉ1，２，ＱI Wｅnｊｕn 1，２，WANＧＬｉａnｇｙｉnｇ1，２，ＣHEN Hａｉxｉａ1，２
（1.Ｓｃｈｏｏl ｏｆMｅｃｈａnｉｃａl Enｇｉnｅｅｒｉnｇ，ＸｉnｊｉａnｇＵnｉvｅｒｓｉｔｙ，Wｕlｕｍｕｑｉ８３０００８，Ｃｈｉnａ；２.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆ
Mｅｃｈａnｉｃａl MａnｕｆａｃｔｕｒｉnｇＳｙｓｔｅｍｓEnｇｉnｅｅｒｉnｇ（Ｘｉ?ａn ＪｉａｏｔｏnｇＵnｉvｅｒｓｉｔｙ），Ｘｉ?ａn 71００4９，Ｃｈｉnａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Hｅｒｅ２MW ｗｉnｄｔｕｒｂｉnｅｂlａｄｅｉｓｓｅlｅｃｔｅｄａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ.Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏn ｆｕnｃｔｉｏn ｏｆｆｍｉnｃｏn ｉn Mａｔlａｂｉｓｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｆａn ｂlａｄｅkｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉnｃlｕｄｉnｇｔｈｅｃｈｏｒｄlｅnｇｔｈ，ｔｏｒｓｉｏn ａnｇlｅ，ａxｉａl ａnｄｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅnｔｉａl ｆａｃｔｏｒｓ.IｍｐｏｒｔｅｄＵＧMｏｄｅlｉnｇｔｏAＢAＱＵＳ，Ｔｈｅｂlａｄｅｉｓｄｉvｉｄｅｄｉnｔｏｆｉvｅｐａｒｔｓ：ｔｈｅｂlａｄｅｒｏｏｔ，ｔｈｅｍａｉn ｂｅａｍ，ｔｈｅlｅａｄｉnｇｅｄｇｅ，ｔｈｅｔｒａｉlｉnｇｅｄｇｅ，ａnｄｔｈｅｗｅｂ.Aｆｔｅｒlａｍｉnａｔｅｄ，ｓｔａｔｉｃｓａnａlｙｓｉｓｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙａｐｐlｙｉnｇｔｈｅlｏａｄｉnｇ.Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓａnｄｓｔｒａｉn ａnａlｙｓｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅnｔｐａｒｔｓｏｆｔｕｒｂｉnｅｂlａｄｅｓｕｇｇｅｓｔｅｄ
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金资助项目（ｓklｍｓ２０14００６）.
作者简介：芦丽丽（1９９３ ），女，硕士研究生.
通信作者：芦丽丽，E-ｍａｉl：２９５71２６1８＠ｑｑ.ｃｏｍ.
叶片是风力发电机最为复杂和关键的零部件，叶片性能的好坏将会直接影响到风力发电机的效率和使用寿命.目前，大型风力发电机的叶片基本上由各种复合材料制成，叶片与复合材料技术有着密切的联系.为了实现叶片经济效益的最大化，在叶片结构设计阶段，叶片的模型设计和铺层结构优化设计显得尤为关键，因此，精确地创建
叶片的三维模型以及铺层结构是对叶片进行模拟分析的首要条件.目前，通常将叶片分为前缘二后缘二腹板二主梁和叶根５个结构进行建模，通过铺层设计原则［1］以及遗传算法［２］等对叶片各个结构分别进行铺层优化，最终得到最优铺层角度以及层数.
关于叶片的建模以及铺层优化问题，国内外很多学者都对此进行了研究：Mｏnｒｏｙ等［３］针对低速风机叶片，采用有限元原理进行结构分析，根据研究提出新的设计方式，并分析其优越性；西南交通大学的王静［4］针对叶片精准建模，对模型进行模态分析，位移及局部应变方面的验证；华
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