基于复合材料铺层的兆瓦级风力机叶片结构性能分析

孙瑞¹，李春^1,2，陈文朴¹

1. 上海理工大学能源与动力工程学院2. 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室

摘 要：采用参数化建模,建立多种复合材料叶片三维有限元壳体模型,并对叶片进行模态分析。进一步采用流固耦合方法,实现叶片表面气动载荷加载,对额定工况下的叶片进行屈曲分析。以初步设计的5MW风力机叶片为例,研究结果表明:复合材料具有明显的各向异性;铺层纤维角度影响叶片整体固有频率,合理的铺层结构可使叶片低阶固有频率远离激振频率,防止叶片发生共振破坏;复合材料铺层叶片在额定工况下不会发生整体屈曲破坏,但因复合材料抗拉抗压性能不同,在压缩载荷作用下叶片背风面几何突变区出现局部屈曲,在叶片设计制造时应该充分加以考虑,以防止局部屈曲破坏。

关键词：复合材料;风力机叶片;模态;屈曲;流固耦合;