專利名稱：一種風電葉片主梁結構簡化設計方法
技術領域：
本發(fā)明屬于風電葉片結構設計技術領域，特別涉及一種風電葉片主梁結構簡化設計方法，用于大型風電葉片主梁或細長薄殼纖維復合材料結構的初步設計。
背景技術：
風電葉片為不規(guī)則的扭曲非對稱復合材料殼體構件，是風電機組的核心部件，風電葉片的設計直接決定著整機的性能和制造成本。隨著風電機組單機容量的不斷增加，風電葉片越來越長，對其設計技術的要求也不斷提高。風電葉片設計可分為兩個階段，即氣動設計階段和結構設計階段，在前一階段通過選擇風電葉片幾何最佳外形實現(xiàn)年發(fā)電量最大的目標，結構設計階段包括風電葉片材料選擇和確定風電葉片結構形式等，從而實現(xiàn)風電葉片強度、剛度、穩(wěn)定性等目標。結構設計過程包括初步結構設計、詳細結構設計和優(yōu)化、校核分析等。其中，初步結構設計包含了初始載荷的確定、風電葉片結構形式設計、風電葉片材料的選擇、復合材料鋪層厚度計算等內(nèi)容。初步結構設計計要求快速合理確定風電葉片結構，解決風電葉片結構從無到有的問題，為后續(xù)的詳細設計和優(yōu)化提供原始參數(shù)和優(yōu)化對象。對于風電葉片設計經(jīng)驗豐富的設計者，可以選擇性套用原有風電葉片的結構，但是對于普通設計者，則需要明確的設計原則和方法。本方法就風電葉片初步結構設計方法進行研究，首先在確定初始載荷的基礎上， 完成風電葉片主梁等主要承載結構的初步設計方案，從而形成高效、快速的風電葉片初步結構設計方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述缺陷公開了一種風電葉片主梁結構簡化設計方法，本發(fā)明在風電葉片結構分析的基礎上，建立了其主要承載結構-主梁的簡化設計方法，建立了主梁截面簡化模型，并給出了考慮彎曲和剪切應力的風電葉片主梁結構參數(shù)計算方法。一種風電葉片主梁結構簡化設計方法包括以下步驟I)將風電葉片分為n個截面，根據(jù)風電機組所處風場風況條件和機組運行狀態(tài)， 計算風電葉片各橫截面所受載荷，確定風電葉片各截面極限載荷，n的取值范圍為5-20 ；2)進行風電葉片截面的簡化，風電葉片的結構不規(guī)則，為了方便計算將風電葉片截面簡化為相對于弦線對稱結構，并將主梁簡化為矩形，且根據(jù)風電葉片主梁承擔主要彎矩，忽略蒙皮的抗彎剛度，將集中設計風電葉片主梁部分結構參數(shù)；3)抗剪腹板厚度計算抗剪腹板采用雙向纖維鋪層，其厚度的計算可根據(jù)風電葉片截面所受剪切力確定，本方法采用下式計算風電葉片抗剪腹板厚度tdb tdb = max
上式中，tdb_ply為雙向纖維層單層的厚度；c為風電葉片截面弦長；4)風電葉片截面揮舞方向的等效抗彎剛度采用下式計算
權利要求
1.一種風電葉片主梁結構簡化設計方法，其特征在于，包括以下步驟1)將風電葉片分為η個截面，根據(jù)風電機組所處風場風況條件和機組運行狀態(tài)，計算風電葉片各橫截面所受載荷，確定風電葉片各截面極限載荷，η的取值范圍為5-20 ；2)進行風電葉片截面的簡化，風電葉片的結構不規(guī)則，為了方便計算將風電葉片截面簡化為相對于弦線對稱結構，并將主梁簡化為矩形，且根據(jù)風電葉片主梁承擔主要彎矩，忽略蒙皮的抗彎剛度，將集中設計風電葉片主梁部分結構參數(shù)；3)抗剪腹板厚度計算抗剪腹板采用雙向纖維鋪層，其厚度的計算可根據(jù)風電葉片截面所受剪切力確定，本方法采用下式計算風電葉片抗剪腹板厚度tdb
2.根據(jù)權利要求I所述的一種風電葉片主梁結構簡化設計方法，其特征在于，所述風電葉片主梁由主梁帽(I)和抗剪腹板(2)構成。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于風電葉片結構設計技術領域的一種風電葉片主梁結構簡化設計方法。它包括以下步驟1)計算風電葉片各橫截面所受載荷，確定風電葉片各截面極限載荷；2)進行風電葉片截面的簡化；3)抗剪腹板厚度計算；4)風電葉片截面揮舞方向的等效抗彎剛度計算；5)確定風電葉片主梁帽厚度。本發(fā)明的有益效果為1)本發(fā)明可解決風電葉片結構設計中從無到有的問題。2)本發(fā)明避免了復合材料的復雜計算過程，降低了設計計算的難度，可用于風電葉片結構的快速初步設計。3)本發(fā)明計算過程中建立了材料彎曲應力與風電葉片主梁帽寬度、厚度的關系，此關系亦可用于風電葉片主梁的優(yōu)化設計中，用于優(yōu)化風電葉片主梁的重量。
文檔編號F03D11/00GK102588221SQ20121005229
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權日2012年3月1日
發(fā)明者芮曉明, 馬志勇 申請人:華北電力大學