带有仿生环形剪切腹板风机叶片抗弯强度

孟 杰， 张喜清， 孙大刚

(太原科技大学机械工程学院， 太原 030024)

风力发电是一种清洁型发电方式，已成为当今世界新能源的发展潮流，风力发电机的大型化和风电场的规模化是当今风电的发展趋势。随着风力发电机单机装机容量的增大，叶片趋于细长型。在风场气动力、弹性及惯性力耦合作用下，叶片更易出现颤振及扭曲，甚至疲劳断裂。因此提高风力机叶片的抗弯性能成为影响风力发电机向大型化发展的重要因素，也成为当下研究人员关注的热点问题。

一般采用腹板中空式结构，降低叶片重量，提高其强度与刚度[1]。设置剪切腹板可承受与叶片弯曲有关的剪应力，保证叶片稳定性[2]。李欢等[3]研究发现离心力载荷对叶片结构性能的影响大于气动力载荷；刘宇航等[4]基于复合材料铺层实现叶片气动弹性裁剪，采用节点位移法分析铺层结构对弯扭耦合叶片整体性能的影响；杨瑞等[5]研究发现缘条结构有助于减小叶片变形、改善黏结区应力分布以及改变叶片固有频率，其中对单腹板叶片改善较小，对双腹板叶片改善明显；周展鹏等[6]对翼型内部结构为单腹板和双腹板的风力机叶片进行了模态、应力和应变分析，结果表明：双腹板叶片的力学性能优于单腹板叶片；Choudhury等[7]提出一种改进型叶片，发现在整个展长内添加不同翼型轮廓的腹板，可以减小叶片气弹效应，提高输出扭矩；张立等[8]建立了一种非规则仿树叶脉络分布的腹板模型，研究发现仿生腹板更具柔性，吸收更多结构变形能，具有更好的抗共振性能，同时可节省1/2材料。……