复合材料风电叶片结构强度非线性分析

徐立军，王维庆

(1.新疆大学 电气工程学院，乌鲁木齐 830047；2.新疆工程学院 煤矿机电工程技术研究中心，乌鲁木齐 830023)

风能作为一种清洁可再生能源，具有容量大、开发和维护成本低的优势，近年里在全球范围内得到了大规模发展。全球风能理事会统计数据[1]表明风能已经成为全球能源结构的重要组成部分，对缓解环境污染发挥着越来越重要的作用。风电叶片作为风电机组的关键部件是能量吸收的载体，占据机组约20%的成本，同时也是风电机组载荷的主要来源，风电叶片的强度和可靠性对风电机组的寿命和能量输出至关重要。

Haselbach等[2]采用内聚力和三维实体单元建立了包含分层损伤的叶片段模型，探讨了梁帽初始分层对叶片承载能力的影响。结果表明当初始分层缺陷位于梁帽表层时，在操作工况下叶片梁帽发生屈曲，且分层位置应力显著增加；当初始缺陷位于梁帽中间层时，设计载荷下叶片梁帽承载能力未见明显下降，承载能力满足设计要求。Chen等[3]对52.3 m叶片进行极限强度测试，发现叶片过渡段的梁帽和腹板分层是叶片失效的主要原因，而叶片局部屈曲引起的面外变形对叶片失效起重要作用。Overgaard等[4-5]对25 m叶片进行失效测试和数值仿真分析，发现分层和局部屈曲是叶片失效的主要原因。丹麦Risø可再生能源国家实验室的Jensen等[6]对34 m玻璃纤维/环氧预浸料复合材料叶片进行挥舞极限强度测试，实验结果和有限元分析均显示叶片失效从外层壳体胶接脱粘开始，紧接着是叶片屈曲分层。……