W9).复合材料风电叶片技术研究
复合材料风扇叶片力学性能试验研究与有限元分析
复合材料风扇叶片力学性能试验研究与有限元分析周睿;刘传辉;金沙;王春生;李忠义【摘要】Static tensile experiments were occupied on a composite fan blade according to the standardized ex-perimental process to verify the mechanical properties required for the normal running of the blades. The test conditions covered the rated condition and the double overloaded condition of the blades. Experimental results have relfected that the composite blades meet the strength and fatigue lifetime requirements of normal operation. The formulation of the experi-mental procedure can provide references on the mechanical performance testing of the similar products. A setting method of composite property used on the CAE modeling of the complicated curving structures was proposed and a ifnite element model of the composite blade was established based on this method. The load-displacement response of the composite blade under the condition of the rated centrifugal force was calculated. Numerical results are in good agreement with ex-perimental results, which indicates that the model is applicable in the analysis of the composite blades.%依照制定的规范化试验流程,进行额定工况和二倍超载工况下的静力加载试验和全寿命周期疲劳试验,以验证复合材料风扇叶片运转工况所需的力学性能试验,结果表明复合材料风扇叶片满足使用强度要求,具有足够疲劳寿命.试验流程制定和具体试验方法可为同类产品力学性能检测提供参考.提出一种曲面外形构件复合材料属性设置方法,基于该方法建立复合材料叶片有限元模型,应用该模型对复合材料叶片在额定工况离心力作用下的载荷-位移响应进行计算.计算所得载荷-位移曲线与试验结果基本吻合,验证了计算方法的合理性.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)021【总页数】6页(P85-90)【关键词】复合材料;风扇叶片;试验研究;有限元分析;力学性能【作者】周睿;刘传辉;金沙;王春生;李忠义【作者单位】航空工业空气动力研究院,哈尔滨 150001;航空工业空气动力研究院,哈尔滨 150001;航空工业空气动力研究院,哈尔滨 150001;航空工业空气动力研究院,哈尔滨 150001;航空工业空气动力研究院,哈尔滨 150001【正文语种】中文随着试验空气动力学技术应用的日渐成熟，风洞产业近年来发展良好，多种尺寸、用途的风洞设备大量投入使用。
风力发电复合材料叶片的研究进展
吉林重通成飞新材料股份公司重庆 401336摘要：随着现代社会经济的迅速发展，能源紧缺问题也越来越严峻，因而国家也越来越重视起可再生资源的应用。
其中风能是可再生资源中最具开发潜力的能源之一，具有较高的环保性能，各地区在风力发电事业的建设也逐渐走向正轨。
叶片是风力发电系统中关键的动部件，叶片的材料会关系到其性能的优劣，因此为了保障整个风力发电机组的正常运行，必须要重视起复合材料的应用，尤其是当前的大型风力发电机组越来越多，较长的叶片更是对其刚度和强度提出了更高的要求，只有不断提高叶片材料的性能，才能够保障风力发电机组的运行稳定性与安全性。
基于此，本文就风力发电复合材料叶片进行了研究，明确了当前碳纤维材料的应用效果，以期能够为当前的风力发电建设提供一定的参考依据。
关键词：风力发电；复合材料；叶片引言在风机的运行过程中，其叶片需要承受强大的风载荷、砂石粒子冲击、紫外线照射等作用，因此叶片性能的优劣至关重要，同时，随着叶片长度的增加，叶片质量的增加速度要快于能量的提取速度，必须要进一步的增强叶片的刚度与强度等。
目前将新型复合材料引入到叶片的制造过程中可以最大程度上优化风电叶片的制造工艺，提高其运行性能，从而能够最大程度适应恶劣的工作环境，以便可以维护风力发电机组的高质量运行。
一、风力发电叶片的特点随着风力发电事业的进步发展，风电机组的规模也越来越大，越来越多的超大型风电叶片的制造开始受到社会各界的关注，据调查，陆上低风速区的5MW级风电机组，其风电叶片的长度可达到80m;海上6-10MW的风电机组，其风电叶片的长度可达到100m以上，在其制造过程中，不仅需要兼顾叶片的性能，还需要保障风电叶片能够满足实际发电需要。
就叶片的制造过程来看，各类固化剂、树脂、改性剂体系几乎能够满足风电叶片各种应用对其形式所提出的要求，就复合材料的应用来看，其能够更好地提高叶片的强度、刚度以及质量，而且还能够具备更加优良的抗震性、抗疲劳性，能够承受较大的内阻，敏感性相对较低。
复合材料在风力机叶片上的应用
复合材料在风力机叶片上的应用摘要：目前，我国电力事业发展迅速，风力发电的快速发展也推动了相关技术水平的提高。
文章主要对复合材料在风力机叶片上的应用展开分析与研究。
关键词：复合材料；风力机；风力叶片；材料应用引言在风能利用过程中符合材料风力机片叶是主要部件之一，铺层结构相对较为复杂，叶片整体结构性能会在一定程度上受到纤维布所占铺层厚度影响，在设计不同方向纤维布铺设层厚度过程中应该保证其能够实现最优化处理。
在风力机的运行过程中，叶片受到周围流场的影响产生变形，这一变形又会使流场发生改变，这种流体与固体之间的相互作用会对风力机的正常运转产生极大的影响，因此分析风力机叶片的流固耦合问题十分重要。
1风电叶片的结构及常见缺欠风力叶片是复合材料制成的薄壳结构，一般由根部、外壳和加强梁等3部分组成，复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到90%以上。
复合材料叶片最初采用的是廉价的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂体系，直到现在其仍是大部分叶片的制造材料。
随着叶片长度的不断增大，自身重量的不断增加，这种体系在某些场合已不能满足要求，于是碳纤维增强结构逐渐得到应用。
对于玻璃纤维复合材料叶片，一般采用开模工艺，尤其手糊黏接方式较多，其本身在加工过程中会产生气孔、干纤、褶皱、纤维断裂以及夹杂等缺欠，在与梁的合模过程中还会产生缺胶、脱黏等缺欠。
2叶片铺层结构模型目前，风力机叶片主要由增强玻璃纤维布材料复合而成，其目的是在保证叶片强度和刚度的前提下，减轻叶片的质量和载荷。
本文以某1.5MW叶片为例对叶片的结构模型和强度计算方法进行研究，1.5MW叶片的长度为38m，重量为7.9t，所用的复合材料及其规格参数和力学性能如表1所示，其中，Vf为纤维的体积分数，Ex为纤维主方向弹性模量，Ey为纤维次方向弹性模量，νxy为纤维面内泊松比，Gxy为纤维面内剪切弹性模量。
表1 材料力学性能Table1Mechanicalpropertiesofthebladematerial叶片各截面主要采用主梁梁帽、腹板、翼面，以及前、后缘增强的基本结构形式，其中主梁是主要构件，承受大部分的挥舞和摆振方向的载荷，并将其传递到叶片根部。
复合材料在风机叶片中的应用及能力认可现状
摘要本文简述了风机叶片用复合材料中不同纤维增强复合材料的优缺点，以及未来增强体和基体应用的发展趋势，同时总结了CNAS认可的风机叶片以及叶片中材料性能检测的认可现状。
认为碳纤维和玻璃纤维的混杂纤维、高性能纤维等增强体，以及聚氨酯树脂、热塑性树脂或可回收树脂等基体是未来风机叶片用复合材料的研究方向；同时通过总结分析风机叶片检测实验室在认可过程中的常见问题，为后续相关实验室认可提供了关注点。
风能是可再生的清洁能源，风力发电作为一种优质的发电方式，能够有效改善电力行业对石油、煤炭等不可再生能源的依赖，对于生态环境保护和适应时代发展具有重要的意义。
风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。
根据国家能源局的统计数据显示，截止到2023年7月底我国风电装机容量约3.9亿kW，同比增长14.3%。
随着风机单机容量的不断扩大，风机叶片的长度也要求不断增加。
风力机叶片作为风能发电机中的核心部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常运行的重要因素。
叶片在工作中要承受多种外部环境的影响，因此要求叶片材质具有良好的强度、刚度和韧性以及抗风沙、抗冲击、耐腐蚀等性能。
目前，纤维增强复合材料在风力机叶片上得到了广泛的应用，其质量轻、强度高、耐久性好，已成为大型风力发电机叶片的首选材料。
1玻璃钢复合材料玻璃纤维增强热固性树脂复合材料，俗称玻璃钢，是一种以玻璃纤维或其制品为增强体，以热固性树脂为基体，并通过一定的成型工艺复合成的材料。
玻璃钢具有成本低、强度高、重量轻、耐腐蚀、易加工等特点，被广泛应用于风力发电机叶片的制造。
常见的玻璃纤维分为E型和S型，E型玻璃纤维也称无碱玻璃纤维，是一种硼硅酸盐玻璃，因其良好的电气绝缘性和机械性能，被大量用于生产玻璃钢。
S型玻璃纤维是一种特制的抗拉强度极高的硅酸铝-镁玻璃纤维，它的模量比E型玻璃纤维材料高出了18%；它的纤维拉伸强度为4600MPa，比E型玻璃纤维的3450MPa 增加了33%。
复合材料风力机叶片结构设计2
ｃ ｓｓ ｔｎ ａｏｅ ｓｕ ｕ ｓｕｉｂ ｄ ｍ ｓ ｆｐ ｎｓ ｌ ｓｆ ｅ ， ｒ ｓｅ ｉ ｏ ｂｖ ｔｏ ｃ ｒ ， ｌ ｅ ｓｌ ｓｆ ｅ ， ｔ ｎｓ ｏ － ｃｏ ｆ ｗ ｔ ｔｅ ｎ ａ ａ ， ｔ ｓ ａ ｉ ｓ ｒ ｔ ａ ｉ ｇ ｔ ｓ ｎ ｆ ｅ ａｄ ｉ ｓｆ ｅ ， ｅｔｇ ｅｈｎ ａ ｐｒ ｅ ｒ ｂ ｄ ｏ ｉ ｓ ｆ ｓ ｎ ａ ａ ｔ ｎｓ ｒ ｃｎ ｍ ｃａｉｌ ａ ｔ ｏ ｌ ｅ ｒｏ ｔ ｎ ｓ ｘ ｌ ｉ ｉ ｓ ｅ ｉ ｌ ｆ ｃ ａ ｍ ｅ ｆ ａ ｓｕｔａｐ ｐｒ ｓｗ ｒ ｃ ｃｌｅ ｂ Ｐｅｏ ｐ ｅ ｃｄ ｐ ｇ ｍ ｉ ｗ ｔｃ ｒ ｒ ｅｉ， ｅ ｕ ｔ ｙ ｃｍ ａ ｅ ｅ ｒ ｗ ｃ ａ ｒ ｕ ｌ ｔ ｅ ａ ａｄ ｒ ｏ ｅ ｌ ｒ ｆ ｏ ｒ ａ ｈ ｈ ｏ ｓ
的强度和刚度，有效降低了叶片的重量。同时也对复合材料叶片的结构设计起 到了良 好的指导作用。文中的方法同样适用于其它复合材料复杂结构的极限分 析与强度设计。 关键词：桥联模型，复合材料风机叶片，极限分析，强度设计
Ａｂ ｓｉｃ ａｔ ｔ ａ
ｕｉａ ｆｌｅ ｌｉ ｎｔ ａ ｆｑｅｃ ｃｌ ｌｉ ａｄ ｂｉ ａ ｓ ｏ ａ ｌ ｔ ａｕ ａａ ｓ ａ ｒ ｒ ｕｎｙ ｃ ａｏ ｎ ｓ ｉ ａ ｌ ｉ ｆ ｔ ｅ ｒ ｎ ｙｓ ｕ ｌ ｍ ｉ ｅ ａ ｕ ｔｎ ｔ ｌ ｎ ｙ ｓ ａ ｔ ｙ ２ｋ ａｄ ｋ ｃｍ ｏｉ ｗｎ ｔ ｂ ｅ ｄ． ｕ ａｅｙａ ｋ ｃｍ ｏｉ ０Ｗ ６０Ｗ ｐｓｅ ｄ ｉ ｂ ｅＳ ｌｎｉ， ６ Ｗ ｐｓｅ ｎ ６ ｏ ｔ ｉ ｕ ｎ ｌ ｒ ａ ｉ ｔ ｔ ６０ ｍ ｏ ｔ ｗｎ ｔｂ ｅ ｄ ｗｔｔｏ ｃ ｒ ｗ ｓ ｎｄ ａａ ｚｄ Ｏ ｅ ｓ ｌ ｉ ｕ ｉ ｂ ｅ ｈ ｓｕｔ ｅ ａ ｄ ｉ ｅ ａｄ ｌ ｅ． ｏ ｉｈｌｗ ｄ ｎ ｌ ｉ ｗ ｔ ｕ ｓ ｅ ｇ ｎ ｎ ｙ ｒ ａ ｒ ｓ ｎ ｆ ｏｏ
新型复合材料在风机叶片中的应用
新型复合材料在风机叶片中的应用【摘要】随着叶片尺寸的不断增大必将造成叶片重量越来越大，对叶片的强度和刚度有严格的要求，以避免叶尖在极端风载下出现碰撞塔架的情况。
复合材料高强度轻质量的优势却很好的满足了大型叶片的要求。
【关键词】复合材料；风力发电机1.引言风电技术发展的一个重要标志就是风力发电机组的单机容量不断提高。
自1997年以来，在欧洲特别是丹麦、德国、西班牙等国家风电技术发展很快，与过去比在单机容量方面也大大的得到提高。
当前世界风机的主力机型是1.5MW—3MW，平均单机容量也达到1MW。
风力发电可分为海上风电和内陆风电，海上风电发展与内陆风力发电相比，海上风力发电的工作风速普遍比较高，从发电量来看一般海上风场和陆上风场相比都要高出几乎0.2到0.4倍，并且对陆上景观的影响也比较小。
目前，风电技术已经能够制造出单机容量为2MW—5MW的风力机来用于海上风力发电的要求，为了满足这些条件风机叶片变得越来越长，现在已达到了40m—60m。
当风力机组装机容量更大时叶片的长度还会随之增加。
在丹麦筹建的RISOE新叶片试验中心中可以进行长度高达100m的叶片结构试验，这也成为风力发电机叶片的研究趋势。
如此巨大的叶片尺寸使得其对制造材料和工艺有了更高的要求。
2.新型材料在风机叶片中的应用随着叶片尺寸的不断增大必将造成叶片重量越来越大。
经研究，叶片重量与长度成三次方关系。
当风力发电机组正常工作时，在重力的作用下将会对叶片产生交变荷载，这些载荷将会引起叶片本身的疲劳破坏，甚至会使整个风力发电机出现疲劳损伤。
通过叶片重量的减轻，从而可以减少对其起到支撑作用的塔架、轮毂以及机舱等结构的质量。
对于风力机组的运行、能量输出、疲劳寿命来说，风机叶片的重量都是一个重要的影响因素。
在风机运行中，对叶片的强度和刚度有严格的要求，以避免叶尖在极端风载下出现碰撞塔架的情况。
对于大型风力机来说，在必须满足强度与刚度的前提下，尽量减轻叶片自重最有效的方法就是优化叶片结构和提高所用材料的性能质量。
基于风力发电涂料的叶片材料与工艺研究
基于风力发电涂料的叶片材料与工艺研究随着全球环境问题的日益严重，可再生能源的开发和利用正成为全球范围内的热门研究领域。
作为其中的重要组成部分，风力发电被广泛应用于供电系统，以减少对传统能源的依赖。
在风力发电系统中，叶片是最关键的组件之一，其质量和效率直接影响着发电效果。
为了提高风力发电系统的性能，研究人员们开始关注叶片材料和工艺的改进。
本文将基于风力发电涂料的叶片材料与工艺进行研究，以探索其在风能利用方面的潜力。
一、叶片材料的研究1. 现有叶片材料的分析风力发电叶片常采用的材料主要有玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）和玻璃纤维-碳纤维混合增强塑料（GF-CFRP）等。
这些材料具有较好的导电性和强度，适用于长期在恶劣环境下工作。
然而，它们存在一些不足，如重量较大、耐腐蚀性不足等。
2. 新型叶片材料的探索为了克服现有材料的缺点，研究人员们开始探索新型的叶片材料。
其中，风力发电涂料作为一种新型材料备受关注。
风力发电涂料是一种具有良好防水性和耐候性的特种涂料，可以用于增强叶片的耐候性能，并且可以改善叶片的表面特性，降低其与风的阻力。
这些特性使得风力发电涂料成为叶片材料的理想选择。
3. 风力发电涂料的性能研究研究风力发电涂料在叶片材料中的应用需要对其性能进行深入的研究。
重点关注的性能包括耐候性、抗腐蚀性、表面性能以及对风力发电系统性能的影响等。
通过对不同种类风力发电涂料进行实验和测试，可以评估其在叶片材料中的适用性和性能优劣。
二、叶片工艺的研究1. 现有叶片制造工艺的分析目前，风力发电叶片的制造工艺主要包括模具制作、叶片结构设计以及复合材料层叠等。
这些工艺在叶片制造过程中发挥重要作用，直接影响着叶片的质量和性能。
然而，现有工艺仍存在一些问题，如制造成本高、生产效率低等。
因此，研究人员们开始寻找新的叶片制造工艺，以提高叶片的制造效率和降低成本。
2. 风力发电涂料在叶片制造中的应用风力发电涂料在叶片制造中具有广阔的应用前景。
W9复合材料风电叶片技术研究-PPT课件
3.气动设计与结构、材料、工艺关系
相对厚度 弦长
扭角
气动设计 结构
绝对厚度
工艺设计
材料
后缘厚度
气动设计结果要通过结构和工艺要求进行修正
4.叶片气动设计目标 拟设计叶片截面弦长较大（LM），设计尖速比小 拟设计叶片截面弦长较小（Aerodyn），设计尖速比 大 设计尖速比范围8~10
*风轮叶片风能利用系数Cp>0.48
三、复合材料叶片结构设计
1 结构设计的原则
A 满足连接设计和层合板设计的要求
B 满足强度和刚度的要求
按使用载荷设计
C 满足复合材料失效准则的要求 失效准则适用于单层 D 满足工艺性的要求
2 结构设计的基本原理
单轴布铺层
主梁 承担叶片绝大部分弯曲载荷 设计准则 设计理论 极限强度 梁理论
双轴布铺层
分析类型
模态分析：固有频率与预应力模态分析
变形分析：叶尖最大挠度分析
静强度分析：应力-应变分析 纤维失效分析：纤维方向和纤维层间失效分析 稳定性分析：叶片整体与局部稳定性分析 叶根螺栓连接分析：螺栓强度与螺栓寿命分析 疲劳分析：叶片寿命分析
4 结构校核分析实例
分析实例
腹板
蒙皮 蒙皮
防止单轴布层开裂 提供主要剪切强度
设计理论
经验公式
三轴布铺层
提供部分剪切强度 防止叶片表面凹陷
设计理论
经验公式
3 叶片结构设计结果
Sinoma40.2
1.0MW Sinoma31
四、复合材料叶片结构分析
1 材料的许用值与安全系数
材料特征值 材料安全系数 材料许用值
纤维失效分析
风电复合材料叶片新进展
风电复合材料叶片新进展随着时代的发展，世界上对新能源的应用在逐步加深，风力发电便是当下应用范围非常广泛的一种清洁能源.。
风力发电过程中，主要通过风力发电机组来完成，在这其中有众多的组成部分，风电叶片是其中的重要组成部分，我国当前对风力发电的推广在持续实施，而且也在继续加强对风电叶片材料的研究，据悉现如今风电叶片的制造中正在加强对复合材料的应用，不仅有利于减轻重量，使其可以在大风力条件下保持稳定的运转，更能够在叶片有比较简单的退役后处理措施，进而有利于环境保护.。
关键词：风电叶片;复合材料;实际应用目前我国经常会有能源短缺情况出现，而且国家倡导保护生态环境，据实际情况来看，火力发电的占比依然比较大，亟需调整能源结构.。
风力发电是当前应用范围比较大的一种新能源，而且能够有效保护生态环境.。
风力发电机组运行过程中，需要通过风力催动风电叶片旋转，进而来带动发电机组运行，因此在这其中风电叶片起到了至关重要的作用.。
随着当前时代的发展，该领域对风电叶片材料的研究也取得了新进展，如可以使用热固性复合材料、热塑性复合材料、生物质复合材料等，如此一来能够给风力发电的发展提供有效帮助.。
一、热固性风电叶片复合材料风电叶片是风力发电机组的重要组成部分，在风力发电初期，用于制造风电叶片的材料主要以木材、铝合金、布蒙皮等为主，材料的韧性、拉伸强度等均不佳，随着当前材料科学的发展以及我国风力发电领域的进步，风电叶片的材料也随之从单一材料向复合材料的方向前进，而且与传统单一材料相比，复合材料更具有良好的气动效率、强度、刚度、耐腐蚀性、耐疲劳性等多种优点，更重要的是随着相关领域技术的发展，其制造难度、成本均不高[1].。
其实，复合材料之所以能够被应用于风电叶片中，与其较强的强度有关，而复合材料之所以有较高的强度，与其中的增强纤维强度高密切相关.。
当前，风电叶片复合材料中的增强纤维类型比较多，如常见GF（E-玻璃纤维）、CF（碳纤维）等，虽然过去对GF比较依赖，而随着当前风力发电机组叶片不断增大的原因，原有GF已经不能够继续适应应用需求，因此转而需要使用CF，但是CF虽然有良好材料性能，但应用成本相对更高于GF.。
复合材料风电叶片结构强度非线性分析
复合材料风电叶片结构强度非线性分析摘要：风能作为清洁、可再生能源的一员，具有容量大、开发和维护成本低的优势。
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。
基于此，本文主要对复合材料风电叶片结构强度非线性进行分析探讨。
关键词：复合材料；风电叶片；结构强度；非线性分析1、叶片结构强度叶片不仅受到结构刚度和叶尖挠度的约束，还需要满足材料强度和结构稳定性的要求，使得叶片在极限外载荷作用下不发生材料的失效和结构的失稳。
1.1复合材料强度现代大型风电叶片由纤维增强聚合物基复合材料制造，不同于传统各向异性材料，复合材料的失效规律更加复杂，因此，在判断叶片复合材料失效时，文中采用蔡-吴失效准则，该失效准则考虑复合材料各向异性，且广泛应用于复合材料失效的判据，其表达式为式中：F11，F12，F22，F66，F1以及F2为张量系数；Xt和Xc分别为复合材料沿纤维主方向的拉伸和压缩强度；Yt和Yc分别为复合材料垂直于纤维主方向的拉伸和压缩强度；S为复合材料平面内的剪切强度。
1.2结构线性和非线性屈曲屈曲稳定性是叶片复合材料薄壳结构安全性分析的重要方面。
根据经典结构稳定性理论，线性屈曲为经典的特征值屈曲，根据线弹性前屈曲载荷-位移关系，则有P0=Keu0，式中：Ke为弹性刚度矩阵；u0施加载荷P0的位移；σ0与u0对应的应力。
假设前屈曲位移很小，在任意状态下，P、u以及σ增量平衡方程为ΔP=（Ke+Kσ（σ））ΔuKσ（σ）为某应力状态下计算的初始应力矩阵。
假设前屈曲行为是一个外加载荷P0的线性函数，P=λP0，u=λu0，σ=λσ0，则可得，Ks（s）=lKs（s0）因此，整个前屈曲范围内的增量平衡方程变为DΔP=（Ke+λKσ（σ））Δu在不稳定性开始时（屈曲载荷Pcr），在P0=0的情况下，结构会出现一个变形∆u。
复合材料风力发电叶片制造技术及应用现状毕业论文
复合材料风力发电叶片制造技术及应用现状[摘要]：随着世界能源危机的日益严重，风能作为一种清洁的可再生能源日益受到各国政府重视。
作为风力发电装置中的重要一员，叶片技术成为制约风力发电发展的瓶颈。
复合材料具有高的比强度、比刚度，具有金属材料无可比拟的优越性，加上耐疲劳、结构稳定、抗腐蚀、耐高温等优势，成为大型风力发电叶片的首选材料。
[关键词]：风力发电；叶片；复合材料The Manufacturing Technology and Application ofComposite Wind Turbine BladeGao Qian（Class 01，Grade 07，material formation and control engineering，school of material science and engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong，723003，Shaanxi ）Tutor: Ai TaotaoAbstract:With the increasingly serious world energy crisis, wind, as a kind of clean and renewable energy resources, received a lot of attention from government all over the world. Being an important member of wind power device, blade technology has become the bottleneck on the development of wind power generation. Composite, with its high specific strength, high specific stiffness, incomparable advantage of metallic material, fatigue resistance, structural stability, corrosion resistance and thermo stability, has become the preferred material in large-scale wind power blades.Key words:wind power generation; blade; composite毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
复合材料在风电叶片制造领域的应用和未来发展
一、复合材料在风电叶片中的应用 常用的结构泡沫
Balsa轻木 PET
PVC HPE
对结构泡沫的技术要求： 抗压缩强度高； 吸胶量低； 热稳定性好； 需要有适宜树脂流
动的沟槽、孔结构； 工艺切口，利于铺
放时随型。
一、复合材料在风电叶片中的应用 Balsa轻木技术要求:
序号
测试项目
主梁 叶根
蒙皮
腹板
蒙皮：双轴玻纤，轻木，PVC 主梁：单向织物（UD） 叶根：双轴织物，三轴织物 腹板：双轴织物，PVC
大型风电叶片复合材料结构示意图
一、复合材料在风电叶片中的应用 大型风电叶片中使用的5种主要原材料
树脂基体：环氧树脂，乙烯基树脂 增强材料：玻璃纤维（E玻纤，高模玻纤），碳纤维 结构芯材：PVC，Balsa轻木 粘接胶：环氧粘接胶，聚氨酯粘接胶 涂料：聚氨酯涂料
碳纤维真空灌注复合材料 1880 141 631 119 57 9.9 177 9.22 70.84 5.13
碳纤维预预浸料 2050 134 765 133 39.47 6.91 126 7.86 57.39 3.56
三、复合材料在风电叶片中应用的未来发展
碳玻混杂复合材料
纵向拉伸模量随纤维质量含量变化的曲线
单位
值
测试方法及标准
1
标准密度
2
压缩模量Eyc
3
压缩模量Eyc和Ezc
5
剪切模量Gxy和Gxz
含水率
kg/m3
GPa MPa MPa
%
ISO 845 150±22.5
（测整板样品：1220*610mm）
≥1
35‐120 ≥ 70 ＜12
GB/T 8813‐2008 ISO 844:2004
风电叶片用碳纤维复合材料研究进展
摘要双碳背景下，为实现净零排放，作为清洁可再生能源的风能的大规模利用已是全球共识，特别是随着发电成本的降低及节能减排需求的提升，全球风能发电行业发展迅猛。
随着风电叶片长度的不断增加，碳纤维复合材料因其轻质高强、可设计性及低成本等优势，成为风电行业不可替代的主要原材料。
本文回顾了全球风电市场及风电叶片的成型工艺和材料，重点阐述了维斯塔斯风电叶片主梁的革命性创新设计成果-拉挤碳板叠层灌注工艺，碳板主梁提高了叶片强度，降低了叶片质量，并有效降低制造成本，极大地促进了碳纤维复合材料在风电叶片上的应用；展望了风电叶片的发展趋势，随着风电行业迎来更大的发展，必将进一步提升碳纤维复合材料的需求。
近年来，国际社会为实现净零排放，应对气候变化做了诸多努力。
我国也于2020年9月向世界宣布2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。
为达成碳达峰、碳中和的“双碳”目标，大规模利用风能、太阳能等可再生能源已是全球共识，特别是随着发电成本的降低及节能减排需求的提升，全球风能发电行业发展迅猛。
开发大型化、轻量化和低成本的风电叶片是近来的趋势，随着风电叶片长度的不断增加，碳纤维复合材料因其轻质高强、可设计性及低成本等优势，在风电领域用量逐渐攀升，成为风电行业不可替代的主体材料，保障了风电产业大规模快速发展。
1风能市场及叶片情况自21世纪初以来，全球风能装机容量大幅增长，根据全球风能理事会（GWEC）发布的报告，2022年，全球风电新增装机容量77.6ＧＷ（其中中国新增32.6ＧＷ），如图1所示。
从全球风电新增装机结构来看，2022年陆上风电新增装机68.8ＧＷ，占全球风电总新增装机的 88.7％，海上风电新增装机达8.8ＧＷ，占全球风电总新增装机的11.3％。
近年来，全球风电总装机容量不断增长，由2018年的591ＧＷ，快速增至2022年的906ＧＷ，年均复合增长率达7.7％。
预计2023年，全球新增产能将首次超过100ＧＷ，至2024年，全球陆上风电新增装机将首次突破100ＧＷ，到2025年，全球海上风电新增装机将再创新高，达到25ＧＷ。
低风速风力发电叶片的复合材料层合优化设计
低风速风力发电叶片的复合材料层合优化设计随着全球对可再生能源依赖的增加，风力发电日益成为清洁能源的重要来源之一。
然而，在低风速环境下，传统的风力发电叶片设计往往无法达到良好的性能。
为了克服这一问题，本文将探讨低风速风力发电叶片的复合材料层合优化设计方法。
首先，为了设计更有效的叶片，我们需要了解低风速环境下的挑战。
低风速条件下，风力发电叶片面临着两个主要问题：低扭矩和侧向力。
低扭矩意味着叶片需要更大的面积才能产生足够的动力，而侧向力则会导致叶片变形和不稳定。
因此，在复合材料层合的优化设计中，我们需要解决这两个问题。
第一步是选择适当的复合材料。
复合材料具有优异的力学性能和轻质特性，是风力发电叶片设计中的理想选择。
然而，在低风速环境下，我们需要选择具有较低模量的材料来适应低风速下的扭矩需求。
常见的复合材料包括玻璃纤维增强塑料（FRP）、碳纤维增强塑料（CRP）和玻璃纤维/碳纤维混合材料。
第二步是优化叶片的层合设计。
层合设计确定了叶片的厚度和材料的分布，对叶片的性能有重要影响。
在低风速情况下，我们可以考虑增加叶片的厚度以增加面积，从而增加动力的输出。
但是，过度增加叶片的厚度会增加叶片的质量，从而增加了惯性力，并降低了叶片的响应速度。
因此，在层合设计中需要权衡厚度和质量的关系，并通过优化确定最佳的层合布局。
第三步是考虑叶片的几何形状。
低风速环境下，叶片的几何形状也是影响其性能的重要因素。
合理调整叶片的弯曲和扭转角度，可以减小侧向力的影响，提高叶片的动力输出。
此外，进一步优化叶片的空气动力学特性，如利用较小的后掠角和增加叶片的翼尖设备，也可以提高叶片的效率。
综上所述，低风速风力发电叶片的复合材料层合优化设计是提高叶片性能的关键。
通过选择适当的材料、优化层合设计和调整几何形状，我们可以在低风速环境下实现更高效的风力发电。
此外，我们还可以借助先进的计算模拟技术，对复合材料层合和叶片形状进行优化设计，以进一步提高叶片的性能。
纺织复合材料在风力发电叶片制造中的应用研究要点
2010年第4期玻璃钢/复合材料81纺织复合材料在风力发电叶片制造中的应用研究徐进,张伟,林洪芹(盐城工学院纺织服装学院,江苏盐城224051)摘要:本文介绍了玻璃/碳纤维复合材料的性能,综述分析了纺织复合材料在风力发电叶片中的应用情况,归纳总结了叶片复合材料的组织结构及发展前景,具有一定的实际应用价值。
关键词:纺织复合材料;风力发电;叶片;应用中图分类号:TB332;TK8 文献标识码:A 文章编号:1003-0999(2010)04-0081-031 前言国民经济的持续发展离不开充足的电能,美国能源部信息管理局发布的5国际能源展望20066预计,2015年全世界的用电量将达到2.2PW,到2030年将达到3.0PW。
目前电能的主要来源有热力发电、水力发电和核发电,随着人们环保意识的增强,同时在全球能源日益紧缺的大环境下,一种取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源2风能倍受青睐,而风力发电也愈来愈受到世界各国的重视。
风机叶片是风力发电机组有效捕获风能的关键部件。
在发电机功率一定的条件下,如何捕获更大的风能,提高发电效率,一直是风力发电追求的目标。
捕风能力的高低与叶片的形状、长度和面积有着密切的关系,而叶片尺寸的大小则主要依赖于制造叶片的材料。
叶片的材料越轻、强度和刚度越高,叶片抵御载荷的能力就越强,叶片就可以做得越大,它的捕风能力也就越强[2][1]支持纤维的作用。
只有纤维和基体两者有机地匹配协调,才能充分发挥整体作用和各自的性能。
因此,在纺织复合材料设计中,首先就是选择纤维和基体的材料,并充分考虑两者之间的相互作用组成,具有轻质、高强和各向异性的特点[3][4]。
现代风机的叶片大多采用纺织复合材料,由纤维和树脂。
211 玻璃纤维复合材料玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料,强度高且具有很好的柔软性、绝缘性和保温性,通常作为复合材料中的增强材料,配合树脂赋予形状后可以成为优良的结构用材。
目前制造风机叶片的主要材料即为玻璃纤维增强聚酯树脂和玻璃纤维增强环氧树脂[5]。
复合材料与风力机叶片
复合材料与风力机叶片
陈绍杰;申振华;徐鹤山
【期刊名称】《可再生能源》
【年(卷),期】2008(026)002
【摘要】叶片是风力发电设备的关键部件,随着风机容量的大型化,风机叶片也向轻量化、低成本和高性能化发展.阐述了风力机叶片技术的研发趋势,介绍了复合材料叶片设计、材料、制造、试验分析和验证等相关技术,给出了碳纤维在叶片上应用的现状、发展前景和有关叶片的新技术,提出了发展风机叶片技术的相关建议.【总页数】3页(P90-92)
【作者】陈绍杰;申振华;徐鹤山
【作者单位】沈阳飞机设计研究所,辽宁,沈阳,110035;沈阳航空工业学院,辽宁,沈阳,110136;沈阳飞机设计研究所,辽宁,沈阳,110035
【正文语种】中文
【中图分类】TK83;TB33
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5.褶皱对风力机叶片主梁复合材料疲劳性能研究 [J], 沈臣;周勃;李菲;张雪岩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
风力发电机复合材料叶片结构特性分析
风力发电机复合材料叶片结构特性分析
徐林;孙文磊
【期刊名称】《可再生能源》
【年(卷),期】2013(031)003
【摘要】随着对风力发电机叶片性能要求的提高,新型复合材料在风力发电机叶片制造中的应用得到了广泛的关注与研究.由于新型复合材料及风力发电机叶片结构具有一定的复杂性,因此风力发电机复合材料叶片的结构特性很难计算.文章基于FAST软件,以1.5 MW风力发电机复合材料叶片为例,运用有限元原理将叶片分成若干叶素面,通过描述各个截面的几何形状、内部结构以及材料等来建立叶片模型,对风力发电机复合材料叶片的结构特性进行了分析研究.
【总页数】4页(P56-59)
【作者】徐林;孙文磊
【作者单位】新疆大学机械工程学院,新疆乌鲁木齐830047
【正文语种】中文
【中图分类】TK83
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5.大型风力机复合材料叶片结构动力特性分析 [J], 邢帅恒;周里群;李玉平
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。