基于气动弹性剪裁的大型风力机弯扭耦合叶片力学性能分析

• 作者: 张立 缪维跑 李春 张万福 闫阳天 王博
• 来源期刊: 动力工程学报
• 关键词: 风力机叶片 气动弹性剪裁 弯扭耦合 二次开发 复合材料
• 年，卷（期）: 2021,（8）
• 所属期刊栏目: 新能源|New Energy
• 页码范围: 674-683
• 页数: 10页
• 分类号: TK83
• 语种: 中文
• DOI: 10.19805/j.cnki.jcspe.2021.08.009

摘要

为分析弯扭耦合叶片的力学性能,基于三维建模软件NX二次开发建立NREL 5 MW风力机叶片壳体模型,进一步对叶片进行复合材料铺层设计,通过镜像偏置主梁纤维实现叶片气动弹性剪裁,采用CFD方法计算叶片表面压力分布,结合有限元方法对其进行模态、静力学及屈曲计算,以研究主梁偏置角度对弯扭耦合叶片力学性能的影响.结果 表明:当主梁偏置角度较小时,弯扭耦合叶片表面最大应力小于传统叶片,其中以偏置角度为-15°时效果最佳,表面最大应力降幅最高为14.78％;相比传统叶片,弯扭耦合叶片各阶固有频率及屈曲因子均有所降低,且正向与反向偏置同角度的叶片固有频率和屈曲因子下降量较接近,主梁偏轴镜像铺设对叶片挥舞振动影响较大;主梁偏置角度对叶片抗屈曲能力产生一定影响,叶片临界屈曲载荷最大降幅约为78％;应重点关注弯扭耦合叶片固有频率及屈曲因子,以避免叶片固有频率与激励频率接近而产生共振,必要时可优化铺层结构以提高叶片抗屈曲能力.