基于ANSYS的大型复合材料风力机叶片结构分析国防科技大学学报第32卷第2期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.32No.22022:1011-2486(2022)02-0046-05基于ANSYS的大型复合材料风力机叶片结构分析Ξ周鹏展1,2,3,肖加余1,曾竟成1,王进2,杨军2(1.国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410173;2.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007;3.长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南长沙410176)摘要:基于ANSYS软件,对某款应用于GL3A风场的1500kW大型复合材料风力机叶片进行了结构分析。分析结果表明:该叶片的振型以一阶挥舞和一阶摆振为主,其频率分别为0186Hz和1159Hz;在极限挥舞载荷作用下,该叶片有限元模型计算得到的叶尖挠度为81445m,而该叶片全尺寸静力试验得到的极限挥舞载荷作用下的叶尖挠度为8112m,计算值与试验值的误差只有318%;另外,该叶片的最大计算拉应力和压应力分别为228MPa和201MPa,而该叶片玻纤Π环氧复合材料实测拉伸强度和实测压缩失稳强度分别为730MPa和380MPa,其计算最大应力只有对应实测极限强度的3117%和5219%。关键词:复合材料;风力机叶片;结构分析;极限挥舞载荷:TK8文献标识码:AStructuralAnalysisofLarge2scaleCompositeWindTurbineBladeBasedonANSYSZHOUPeng2zhan1,2,3,XIAO激a2yu1,ZENG激ng2cheng1,WANG激n2,YANGJun2(1.CollegeofAerospaceandMaterialEngineering,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410173,China;2.ZhuzhouTimesNewMaterialTechnologyCo.Ltd.,Zhuzhou412007,China;3.CollegeofEnergyandPowerEngineering,ChangshaUniv.ofScienceTechnology,Changsha410176,China)Abstract:BasedontheANSYSsoftware,thestructuralanalysisofakindof1500kWlarge2scalecompositewindturbinebladewhichappliedinGL3Awindfarmwascarriedout.Theanalysisresultsshowthatthevibrationmodesofthisbladearemainlypresentedasfirstflapwisemodeandfirstedgewisemode,thefrequenciesofthevibrationarerespectively0.86Hzand1.59Hz.Attheactionofultimateflapwiseloads,theFEManalysisresultsshowthatthebladetipdeformationis8.445m,whilethebladetipdeformationofthefullscalebladeunderstatictestis8.12m,sothedeviationbetweenthecalculatedandtestedvalueofthebladetipdeformationisonly3.8%.Moreover,thecalculatedmaximumtensilestressandthecompressivestressare228MPaand201MPa,whilethetestedtensilestrengthandcompressivebucklingstrengthoftheglass2fiberΠepoxycompositeare730MPaand380MPa,respectively.Consequently,thepercentagesofthecalculatedmaximumstressandthetestedultimatestrengtharerespectively31.7%and52.9%.Keywords:composite;windturbineblade;structuralanalysis;ultimateflapwiseload风力机叶片是风力发电机组的关键部件之一,随着世界风力发电机组向大功率方向发展,风力机叶片的长度越来越长,目前世界最长的复合材料风力机叶片是丹麦LM公司生产的,其长度已达6115m,单片重约18t,从而对叶片结构的强度、刚度、重量等的设计提出了更高的要求[1-3]。复合材料具有比强度高、比刚度高、重量轻、可设计性强、承力性能好等特点[4-5],因而在大型风力机叶片中获得了广泛应用。风力机叶片的结构分析作为风力机叶片结构设计的技术基础之一,开始在大功率风力机叶片结构的校核与优化设计中发挥着日益重要的作用。由于大型复合材料风力机叶片的外形结构和铺层结构都非常复杂,其外形由不同翼型构建而成,属Ξ收稿日期:2022-09-22基金项目:国家863计划资助项目(2007AA03Z563);中国博士后科学基金资助项目(20070420832);湖南省科技资助项目(2022RS4033)作者简介:周鹏展(1973—),男,博士后。本文：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！