復合材料風電葉片結構強度非線性分析

徐立軍，王維慶

(1.新疆大學 電氣工程學院，烏魯木齊 830047；2.新疆工程學院 煤礦機電工程技術研究中心，烏魯木齊 830023)

風能作為一種清潔可再生能源，具有容量大、開發和維護成本低的優勢，近年里在全球范圍內得到了大規模發展。全球風能理事會統計數據[1]表明風能已經成為全球能源結構的重要組成部分，對緩解環境污染發揮著越來越重要的作用。風電葉片作為風電機組的關鍵部件是能量吸收的載體，占據機組約20%的成本，同時也是風電機組載荷的主要來源，風電葉片的強度和可靠性對風電機組的壽命和能量輸出至關重要。

Haselbach等[2]采用內聚力和三維實體單元建立了包含分層損傷的葉片段模型，探討了梁帽初始分層對葉片承載能力的影響。結果表明當初始分層缺陷位于梁帽表層時，在操作工況下葉片梁帽發生屈曲，且分層位置應力顯著增加；當初始缺陷位于梁帽中間層時，設計載荷下葉片梁帽承載能力未見明顯下降，承載能力滿足設計要求。Chen等[3]對52.3 m葉片進行極限強度測試，發現葉片過渡段的梁帽和腹板分層是葉片失效的主要原因，而葉片局部屈曲引起的面外變形對葉片失效起重要作用。Overgaard等[4-5]對25 m葉片進行失效測試和數值仿真分析，發現分層和局部屈曲是葉片失效的主要原因。丹麥Ris?可再生能源國家實驗室的Jensen等[6]對34 m玻璃纖維/環氧預浸料復合材料葉片進行揮舞極限強度測試，實驗結果和有限元分析均顯示葉片失效從外層殼體膠接脫粘開始，緊接著是葉片屈曲分層。……