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96 冯消冰 等 某大型风力机复合材料叶片的有限元分析 某大型风力机复合材料叶片的有限元分析木 冯消冰 ，孙树立，周 甜 (北京大学工学院，北京 100871) 摘要：复合材料是一种 比强度和 比模量均较高的材料，通过铺层角的优化设计 ，在一定范围内还可 以改 变其性能，提高其承载能力。复合材料已在大型风机叶片结构设计中获得成功应用。 叶片是风力机受力最为复杂的部件，也是最重要的部件之一。风力机想要获得较高的风能利用系数和 较大的经济效益，其基础就是设计 良好的叶片。近年从全球风力发 电的现状和趋势来看，风电装机容量逐 年上升，其根本原因就在于风力发电所具有的环保性和可再生性，因此风力发电还有巨大的发展空间。本 文结合叶片的工作特性对某大型风机复合材料叶片进行了有限元分析，为保证风机叶片结构设计的可靠性 及经济性提供 了依据。 关键词：有限元分析，风力发电机 ，叶片，复合材料 中图分类号：TB331 FiniteElementAnalysisforCompositeBladeStructureofLargeW indTurbine FENGXiao—bing，SUN Shu-li，ZHOUTian (CollegeofEngineering，PekingUniversity，Beijing100871，China) Abstract：Compositematerialhashigherratioofstrengthtoweightandratioofstiffnesstoweightthanotherma- terials，andmaychangeitsperformancewithinacertainrangetoraiseitsbearingcapacitybylayerlay—upoptimiza— tiondesign．Compositematerialshavebeensuccessfullyappliedinthedesignoflargewindturbineblade． Bladeisoneofthemostimportantpartsofwindturbineandbearsmorecomplicatedloading．Well-designed bladecangainhigherpowercoefficientandbettereconomicprofit．From thestateofartandtrendofwindpower generationintheworld，theinstalledcapacityincreasesyearbyyear．Consideringitsenvironmentalprotectionand renewability，thereisahugespacefordevelopmentofwindpowergeneration．Finiteelementanalysisofacomposite bladewasperformedin thispaperwith consideringthework characteristicsoftheblade．Thiswork can beem— ployedtoevaluatethereliabilityandeconomicefficiencyindesignofbladestructure． Keywords：finiteelementanalysis，windturbine，blade，composites 国外若干企业采用碳纤维 、FRP、热塑性材料 的 德国某公司认为当叶片的尺寸大到一定程度 混合纱来制造大型的叶片，把这种纱铺进模具里， 之后，加入碳纤维，可以使材料的用量减少，其成本 再加热模具 ，塑料纱线发生融化 ，就会让 叶片 的生 并不 比玻璃纤维复合材料高 ，因此开发了56m长 产时间缩短至一半左右。与此 同时对叶片进行全 的碳纤维叶片。经过分析，采用玻璃纤维／碳纤维 面的测试，全部的新设计 出来叶片均需通过20年以 混合增强的方法，叶片可以减重20％ ～40％。采用 上的运转状况测试 ，才能获得投产批准。测