大型风电叶片结构设计方法研究
叶片结构设计(简)
“随意摆布”的工艺；“一张白纸”的性能；“自由灵活”的结构设计
不同制品
“度身剪裁” “一一对应”
最合理结构、最合适材料和最有效工艺
复合材料需要有丰富创意灵感的工程师； 复合材料同时为他提供施展才华的大舞台 ！
● “度身剪裁”、“一一对应”的结构设计， 更需要有创新
对应不同的制品：采用不同的材料，不同结构，不同工艺。 实现最优化设计 ！
● 手糊成型工艺 ( Hand layup processes ) ● 喷射成型工艺 ( Spayup processes ) ● 模压成型工艺 ( Compression molding ) ● 缠绕成型工艺 ( Filament winding ) ● 拉挤成型工艺 ( Pultrusion ）（ 缠绕拉挤成型工艺 ) ● 卷管成型工艺 ( Tube rolling ) ● 自动铺放成型工艺 ( Automated fiber placement & Automated
无论是 ,材料性能、结构或构件形式和制造工艺 都可以“度身剪裁”做到“一一对应” 。
可以为制品优化设计：最好的结构、材料和工艺
● 复合材料“ 自由灵活 ”的结构设计
很大的设计自由度，广阔的创意空间。
可以对制品“度身剪裁”
a. 更自由优化设计制品外形； b. 更灵活优化设计结构和结构件形式； c. 更自由优化设计各种性能材料； d. 更灵活处理连接形式； e. 更容易进行结构整体设计。
▲ 材料设计创意（例）
◆ 具有突变刚度的复合材料 ◆ 负泊松比复合材料； ◆ 零热膨胀系数复合材料 ； ◆ 弯－扭耦合；
……….. 等等。
L 不发生热胀冷缩
◆ 突变刚度原理：
碳纤维， 以正弦曲线排列铺设， 增强橡胶。
大型风电叶片结构设计方法研究
大型风电叶片结构设计方法研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环保意识的逐渐加强，风电作为一种清洁、可再生的能源形式，正在全球范围内得到广泛的关注和应用。
风电叶片作为风力发电机组的核心部件，其结构设计直接关系到风电机组的运行效率和安全性。
研究和优化风电叶片的结构设计方法具有重大的理论价值和现实意义。
本文旨在探讨大型风电叶片结构设计的方法论，结合国内外的研究现状和发展趋势，分析风电叶片结构设计的关键要素和难点问题。
通过深入研究，本文提出了一种基于有限元分析的大型风电叶片结构设计方法，旨在提高风电叶片的结构性能，降低制造成本，推动风电行业的可持续发展。
本文首先对风电叶片的结构特点和设计要求进行了概述，然后详细介绍了有限元分析的基本原理及其在风电叶片结构设计中的应用。
在此基础上，本文提出了一种基于有限元分析的风电叶片结构设计流程，包括材料选择、模型建立、边界条件设置、分析计算和后处理等环节。
通过对实际案例的分析和计算，验证了本文提出的设计方法的有效性和可行性。
本文的研究成果将为大型风电叶片的结构设计提供新的思路和方法，有助于提升风电叶片的性能和可靠性，降低风电成本，促进风电行业的健康发展。
本文的研究方法和成果也可为其他领域的结构设计提供参考和借鉴。
二、风电叶片结构设计的基本原理风电叶片的结构设计是一项涉及多学科知识的复杂工程，其基本原理主要包括材料力学、空气动力学、结构动力学以及制造工艺学等。
这些原理共同构成了风电叶片设计的理论基础，指导着设计师在保证叶片性能的实现结构的优化和轻量化。
材料力学原理是风电叶片结构设计的基石。
叶片需要承受复杂的风力载荷，包括静力载荷和动力载荷，因此要求材料具有良好的强度、刚度和疲劳性能。
设计师需要根据材料的力学特性，合理选择叶片的材料和截面形状，确保叶片在各种工作条件下都能保持稳定的性能。
空气动力学原理对风电叶片的设计至关重要。
叶片的形状直接影响风能的捕获效率和转换效率。
风电叶片主梁结构、风电叶片及风力发电机组的制作方法
风电叶片主梁结构、风电叶片及风力发电机组的制作方法【原创版4篇】《风电叶片主梁结构、风电叶片及风力发电机组的制作方法》篇1一种风电叶片主梁结构，其特征在于，包括：第一梁1、第二梁2、第三梁3、加强筋4、端板5和垫板6；所述第一梁1和第二梁2通过端板5和垫板6铰接，所述第三梁3与第二梁2通过加强筋4连接。
风电叶片及风力发电机组的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：提供第一梁1、第二梁2、第三梁3、加强筋4、端板5和垫板6，将第一梁1和第二梁2通过端板5和垫板6铰接，所述第三梁3与第二梁2通过加强筋4连接，然后对风电叶片进行装配。
《风电叶片主梁结构、风电叶片及风力发电机组的制作方法》篇2一种风电叶片主梁结构，包括：1. 中央梁，设置在风电叶片中央位置，其上下两侧分别与风电叶片的上蒙皮和下蒙皮固定连接；2. 支撑梁，设置在中央梁的两侧，其上下两侧分别与风电叶片的侧壁和上蒙皮固定连接；3. 腹板，设置在中央梁和支撑梁之间，其上下两侧分别与中央梁和支撑梁固定连接。
风电叶片及风力发电机组的制作方法，包括以下步骤：腹板；2. 将中央梁、支撑梁和腹板组装成风电叶片主梁结构；3. 将风电叶片主梁结构与风电叶片的上蒙皮和下蒙皮固定连接。
《风电叶片主梁结构、风电叶片及风力发电机组的制作方法》篇3一种风电叶片主梁结构，其特征在于，包括：1. 主梁本体，所述主梁本体为I型空腹梁，包括腹板、上下底板和左右侧板，所述腹板和上下底板通过角钢连接，所述左右侧板通过腹板连接；2. 支撑结构，包括设置在主梁本体腹板上的加强筋板和设置在主梁本体上下底板上的横隔板，所述加强筋板和横隔板通过角钢连接。
风电叶片及风力发电机组，其特征在于，包括风电叶片主梁结构。
风力发电机组，其特征在于，包括风电叶片主梁结构和风轮。
《风电叶片主梁结构、风电叶片及风力发电机组的制作方法》篇4一种风电叶片主梁结构，其特征在于，包括：第一梁体，用于承载风电叶片的重量和外部载荷；第二梁体，与第一梁体连接，用于提高风电叶片的强度和刚度；多个支撑件，设置在第一梁体和第二梁体之间，用于增强风电叶片的稳定性。
风电叶片结构介绍
风电叶片是风力发电机中将风能转换为机械能的关键部件。
大型风电叶片通常采用复合材料制造，以确保轻质、高强且耐腐蚀。
以下是关于风电叶片结构的简要介绍：1. 蒙皮：这是叶片的外表面，由多层玻璃纤维或碳纤维增强塑料（GRP或CFRP）制成。
这些材料具有很高的强度和刚性，并且能够抵抗恶劣天气条件下的磨损和冲击。
2. 主梁：主梁是叶片的主要承重结构，通常位于叶片的前缘。
它通常也是用复合材料制成的，其内部可能包含有金属或复合材料制成的加强筋。
3. 腹板：腹板是在叶片厚度方向上的加强结构，主要为了支撑主梁并保持整个叶片的形状。
腹板通常采用夹芯结构设计，以提高刚度并降低重量。
4. 叶尖帽：叶尖帽位于叶片的最前端，用于保护叶片免受风力冲击和磨损的影响。
5. 连接组件：叶片通过叶根与轮毂相连，这个区域需要承受很大的力和扭矩。
因此，叶根部分的设计非常关键，通常会使用高强度的合金钢或其他高性能材料。
6. 内部布线和传感器：现代风电叶片内部可能会安装各种传感器，用于监控叶片的工作状态，包括载荷分布、振动水平等。
此外，还有电力电缆和信号传输线缆，以便将电流从发电机输送到电网，以及传递控制信息。
7. 气动外形设计：叶片的气动外形对风能捕获效率至关重要。
在设计过程中，工程师们会运用空气动力学原理来优化叶片的截面形状和整体长度，使其能够在各种风速下高效地捕获风能。
8. 平衡和配重：为了保证叶片在旋转时保持稳定，有时会在叶片上加装配重，以平衡叶片的质量分布。
9. 防腐处理：由于叶片长期暴露在户外环境中，必须进行适当的防腐处理，以延长其使用寿命。
总的来说，风电叶片的设计是一个复杂的过程，需要考虑许多因素，包括材料选择、结构设计、空气动力学性能、制造工艺和成本效益分析等。
基于ANSYS的风电机组叶片动态响应分析与优化设计
基于ANSYS的风电机组叶片动态响应分析与优化设计风电机组是目前广泛应用于清洁能源领域的一种发电设备，其核心部件之一是叶片。
叶片的设计与优化对于提高风电机组的发电效率、减少结构疲劳损伤具有重要意义。
本文将基于ANSYS软件，对风电机组叶片的动态响应进行分析，并提出优化设计方法。
一、叶片动态响应分析叶片在工作过程中会受到风力的作用而发生弯曲和振动，因此需要进行动态响应分析。
首先，我们需要建立叶片的有限元模型。
通过ANSYS的建模工具，可以将叶片的几何形状进行三维建模，并使用适当的材料属性对叶片进行参数化描述。
在建立有限元模型后，我们需要给予风电机组施加载荷。
根据风力的特性和叶片的运行条件，可以采用风力加载模块对叶片进行施加风载。
该模块可以模拟风力的作用，计算叶片所受的风载大小和方向，并将其作为载荷输入到有限元模型中。
接下来，通过ANSYS的动态分析功能，对叶片的振动响应进行计算。
动态分析将考虑材料的刚度、阻尼和质量等因素，得出叶片在不同工况下的振动情况。
通过分析叶片的振动频率和振型，可以评估叶片的结构是否合理，是否存在共振问题。
二、叶片优化设计在进行叶片的优化设计时，我们可以通过ANSYS的参数化设计功能来实现。
首先，我们需要确定需要优化的设计变量，如叶片的几何参数、材料参数等。
然后，通过定义参数和参数范围，可以使得ANSYS自动地进行参数组合和计算。
通过进行多次模拟计算和优化迭代，可以得到不同设计变量组合下的叶片性能。
根据设定的优化目标，如最小化叶片的振动响应或最大化叶片的发电效率，可以选取最优的设计变量组合作为最终的优化设计方案。
另外，对于叶片的优化设计，还可以考虑使用拓扑优化方法。
拓扑优化可以根据预设的约束条件和目标函数，在给定的设计空间内调整叶片的材料分布，使得叶片的结构更加均衡和优化。
通过结合拓扑优化和动态响应分析，可以得到更加高效和可靠的叶片设计方案。
三、实例分析与展望通过基于ANSYS的风电机组叶片动态响应分析与优化设计方法，可以有效地评估叶片的结构性能，并提供优化建议。
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
风电叶片设计和制作中的技术问题
风电叶片设计和制作中的技术问题风电叶片的优化设计要满足一定的设计目标，其中有些甚至是相互矛盾的，如：年输出功率最大化；最大功率限制输出；振动最小化和避免出现共振；材料消耗最小化；保证叶片结构局部和整体稳定性；叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求。
风电叶片设计可分为气动设计和结构设计这两个大的阶段，其中气动设计要求满足前两条目标，结构设计要求满足后四条目标。
通常这两个阶段不是独立进行的，而是一个迭代的过程，叶片厚度必须足够以保证能够容纳腹板，提高叶片刚度。
（1）外形设计叶片气动设计主要是外形优化设计，这是叶片设计中至关重要的一步。
外形优化设计中叶片翼型设计的优劣直接决定风机的发电效率，在风机运转条件下，流动的雷诺数比较低，叶片通常在低速、高升力系数状态下运行，叶片之间流动干扰造成流动非常复杂。
针对叶片外形的复杂流动状态以及叶片由叶型在不同方位的分布构成，叶片叶型的设计变得非常重要。
目前叶片叶型的设计技术通常采用航空上先进的飞机机翼翼型设计方法设计叶片叶型的形状。
先进的CFD技术已广泛应用于不同类型气动外形的设计，对于低雷诺数、高升力系数状态下风机运行条件，采用考虑粘性的N-S 控制方程分析叶片叶型的流场是非常必要的。
在过去的10多年中，水平轴风电叶片翼型通常选择NACA系列的航空翼型，比如NACA44XX，NA-CA23XX，NACA63XX及NASA LS(1)等。
这些翼型对前缘粗糙度非常敏感，一旦前缘由于污染变得粗糙，会导致翼型性能大幅度下降，年输出功率损失最高达30%。
在认识到航空翼型不太适合于风电叶片后，80年代中期后，风电发达国家开始对叶片专用翼型进行研究，并成功开发出风电叶片专用翼型系列，比如美国Seri和NREL系列、丹麦RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷兰DU系列。
这些翼型各有优势，Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低；RISO-A系列在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低；FFA-W系列具有良好的后失速性能。
大型风电叶片模具型面控制研究
本 文开展 大 型风 电叶 片模具 型 面精 度控 制 等相 关研 究 ， 对大 型 构 件 复合 材 料 模 具 型 面 精度 控 制设 计研 发 提供 指导 性意 见 。叶 片模 具 的 型面精 度 变形 存在 一些 共性 ， 可 通 过在 多套 模 具 型 面 变形 测验 数 据的基础 上总结 、 改进 ， 以尽 可 能 减 少 其 变 形 。 实验 证 明 ， 通 过对 叶片模 型进行 补偿 设 计 、 采用 低 粘
面精度检测 ， 检测结果偏差 ± １ ｍ ｍ， 其合格率为 ８ ０ ％
左右。
型机床的检测 、 工装夹具 的标定 、 动态安
装 时测 量半 径 ） 为４ ０ ｍ； 其 探 针 测 量精 度 为 ７ ｍ 之 内
０ ． １ ２ ５ ｍｍ， １ ５ ｍ之内 ０ ． １ ６ ５ ｍｍ， １ ５ ｍ 以外 ０ ． ０ ９＋
量啦施
５ ４
大 型风 电 叶 片模 具 型 面控 制研 究
２ ０ １ ４年 ２ 月
片模具制作进行改进 ， 两套模具参数如表 １ 所示。
表 １ 两套叶 片模具参数
Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗｏ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｍｏ ｌ ｄ ｓ
挑战 ， 也更加 明确 了风 电叶片进一步 向大型化发展
的新 趋 势 Ｊ 。而 叶片模 具 是制 造风 电叶片 的最 主要 设备 ， 现在 国内风 电 叶片 产 业 的规模 化 和 工艺 技 术 水 平 与 国际先 进 水 平 存 在 较 大 差距 。尤 其 是 大 型 、 复 杂 和高精 度 模 具 制造 技 术 的落 后 ， 导 致 国 内市 场 大 型 叶片极 为 短 缺 的 现状 ， 并 已成 为制 约 风 电产 业
大型风电叶片结构设计方法研究
大型风电叶片结构设计方法研究随着能源需求的增加和可再生能源的受到更多关注，风能作为一种绿色的清洁能源，已经成为全球能源开发的重要方向。
风能作为一种可再生能源，其技术可靠性和经济性对于清洁能源产业的发展非常重要。
在风能产业中，风力发电叶片是其中最重要的部分之一。
风电叶片的结构设计对于风力发电的性能和经济效益非常重要。
因此，大型风电叶片结构设计方法研究已成为当前风能行业的一个热点。
风能叶片最主要的目的是将风的动能转化成为电能。
为了达到这个目的，风电叶片需要具有合适的长度、宽度和材料来满足不同的风力工况，从而实现最大的风力转换效率。
大型风电叶片的设计，需要考虑叶片的强度、稳定性、可靠性、经济性等相关因素，以保证叶片安全、有效地运行。
针对大型风电叶片的设计，以往主要采用的是静载荷计算方法，这种方法利用理论公式和经验公式进行计算，可以简单地评估叶片的静态负荷。
然而，这种方法并不能考虑复杂的实际工作条件、复合材料的异向性及其在风能叶片结构中所起的作用等因素，其计算结果存在一定的不确定性。
因此，需要改进方法来实现更可靠的大型风电叶片设计。
目前，利用有限元方法进行大型风电叶片结构设计的研究逐渐增多。
有限元法是一种重要的数值模拟方法，能够精确地计算叶片结构在复杂工况下的应力和变形分布，进而预测大型风电叶片的强度、稳定性等特性。
在有限元法中，叶片结构通常被分解成多个小的单元，对每个小单元进行应力分析，由此建立整个叶片结构的应力分布模型，并可以对叶片在不同工作条件下的响应进行计算和模拟。
此外，有限元法还可以通过确定每个小单元的具体材料的物理特性，自动计算模拟分析结果所需的材料特性。
很多研究表明，基于有限元法的大型风电叶片结构设计方法具有明显的优势，其中包括：（1）减少研发成本：有限元分析技术可以通过模拟和仿真降低试验成本。
通过模拟预测可以避免贵重和高风险的试验，显着降低研发成本。
（2）减少产生的废料：使用有限元分析技术设计大型风电叶片，可以使叶片的结构设计更加精细，减少产生废材的情况。
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)LT风力发电机叶片结构设计及其有限元分析摘要为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。
本文根据传统的的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型，然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频率和振型，为防止结构共振提供了依据。
关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WINDTURBINE COMPONENTSABSTRACTIn order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization第一章绪论1.1 能源问题及可再生能源的现状与发展受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国内生产总值为26.5 万亿美元(按1995 年不变价格计算)，2000 年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。
风机叶片结构模型
风机叶片结构模型一、引言随着可再生能源的快速发展，风能作为一种清洁、可再生的能源形式，在全球范围内得到了广泛应用。
风机作为风能转换的核心设备，其叶片结构的设计和优化对于提高风能利用率、降低制造成本以及确保风机运行的安全性至关重要。
本文将对风机叶片的结构模型进行详细解析，探讨其设计原理、材料选择、制造工艺以及未来的发展趋势。
二、风机叶片设计原理风机叶片的设计需综合考虑空气动力学、结构力学、材料科学以及制造工艺等多个学科的知识。
其核心目标是在保证结构强度的前提下，最大化风能捕获效率。
这要求叶片在形状、截面、扭转角以及翼型等方面进行精细化设计。
1. 叶片形状与截面设计叶片的形状通常呈现为细长的翼型结构，这种设计有助于减少空气阻力，提高升力系数。
截面设计则决定了叶片在不同风速下的气动性能。
常见的截面形状包括NACA 系列翼型、FFA系列翼型等，它们都是在风洞实验中经过反复优化得到的。
2. 扭转角设计扭转角是指叶片沿其长度方向各截面的安装角变化。
通过合理设计扭转角分布，可以使叶片在不同风速下都能保持较佳的气动性能，从而提高风能利用率。
3. 翼型优化翼型优化是风机叶片设计中的关键环节。
通过对翼型的细微调整，如改变前缘半径、后缘角度等，可以显著提高叶片的气动效率。
现代风机叶片设计中常采用计算流体动力学（CFD）技术进行翼型优化。
三、风机叶片材料选择风机叶片在运行过程中承受着巨大的风载荷和离心载荷，因此要求材料具有足够的强度和刚度。
同时，考虑到风机叶片的制造成本和重量限制，材料的选择也需兼顾经济性和轻量化。
1. 玻璃纤维复合材料（GFRP）玻璃纤维复合材料是早期风机叶片的主要材料之一。
它具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，但模量相对较低，对于大型风机叶片来说可能难以满足刚度要求。
2. 碳纤维复合材料（CFRP）碳纤维复合材料具有更高的比强度和比模量，是制造大型风机叶片的理想材料。
然而，其制造成本较高，限制了在一些低成本风电项目中的应用。
大型风电叶片的结构分析和测试
大型风电叶片的结构分析和测试闫文娟;韩新月;程朗;印厚飞【摘要】文章使用FOCUS软件对某兆瓦级叶片进行建模和结构分析,并与试验叶片的重量、模态、静力结果进行对比.结果表明,叶片重量的计算值与实测值偏差0.1％,频率的计算值与实测值最大偏差-4.6％,位移的计算值与实测值最大偏差5.08％,应变的计算值与实测值最大偏差-7.61％,均符合GL2010规范中的要求.叶片重量、频率、位移、应变的计算值和试验值高度吻合,验证了本方法的可靠性.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)008【总页数】4页(P1140-1143)【关键词】风机叶片;结构分析;测试;模态;变形【作者】闫文娟;韩新月;程朗;印厚飞【作者单位】国电联合动力技术有限公司,北京 100039;国电联合动力技术有限公司,北京 100039;国电联合动力技术(连云港)有限公司,江苏连云港222000;国电联合动力技术(连云港)有限公司,江苏连云港222000【正文语种】中文【中图分类】TK831 引言风力发电机的叶片（下文简称叶片）是风电设备将风能转化为机械能的关键部件，其制造成本约占风机总成本的15%～30%。
大型风力发电机的叶片基本由复合材料制成，叶片设计与制造是风电机组的技术关键[1]-[4]。
目前，国内多家叶片生产企业都在自主开发新型号叶片，设计中所用的工具也不尽相同[5]，[6]。
FOCUS软件是用于风电机组及组件（如叶片）快速设计分析的软件工具，在国际风电设备工业有超过10年的应用史。
相对于使用三维建模软件和有限元计算软件结合的设计路线，使用FOCUS软件更为便捷。
本文通过使用FOCUS软件对某型号叶片直接完成建模，对其进行了模态和结构静力学分析，并与实际叶片的模态和静力试验结果进行了对比分析。
2 模型建立FOCUS拥有独特的对叶片进行详细设计的交互式建模工具。
在对叶片进行逐步定义的同时，三维的交互式显像会对设计变化给出直接反馈。
大功率风电机叶轮设计参数研究
叶轮设计参数研究摘要：设计优良的叶轮是使风力发电机获得最大经济效益的基础。
在风机设计时如何确定叶轮设计参数一直是风机设计研究的重要内容。
为此必须在明确设计条件、设计规范的基础上，研究叶片设计参数的影响因素、参数确定方法和取值范围。
风轮设计参数包括： 1）风轮叶片数B ；2）风轮直径D ；3）设计风速V1；4）风轮转速Ω；5）尖速比0λ；6）实度0σ；7）其它：风轮锥角，风轮倾角等。
根据风场实际，结合国内外设计资料，运用相关理论，采用对比、归纳、建模计算等方法，给出叶轮设计参数的工程确定方法与实例。
关键词：风力发电， 风机叶轮， 设计参数中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：To do research for the design parameter of wind rotor in great power wind generatorQugui Yangyong Wuxiaodan(Department of Mechatronic Engineering ，GuangDong Polytechnic Normal University ，Guangzhou 510635，China )Abstract:Based on better designed wind turbine, better economic profit can be gained. In the course of designing wind turbine, it is the important part in designing research that how to make the parameter for wind turbines certain. Therefor we need being definitude concerning the condition and criterion, re.search.the influence factor of design parameter.1)The amount of blade B;2) The diameter of wind turbines D;3) designing wind speed V;4）Rotate speed of wind turbine Ω;5)The ratio with bladetineand and wind speed 0λ;6)The ratio of acreage 0σ;7) the other parameter: cone angle , obliquity of wind turbine and so on. Bases the fact of the wind farm, link the designing datum , application of the concerned theory, the engineering method of designing wind turbine is confirmed with the contrast, epagoge and modeling calculation.Keywords: wind power generating ， wind rotor ，design parameter0 引言要完成风力发电机的叶轮设计，必须首先确定叶轮设计参数。
风电叶片研究报告
风电叶片研究报告一、风电叶片的结构组成风电叶片是由多层复合材料构成的，主要结构组成包括叶片根部、叶片身和叶尖三部分。
其中，叶片根部连接着轮毂，起到传递叶片受力的作用；叶片身是叶片的主体部分，通常呈翼型或者矩形等形状，其外部覆盖着玻璃纤维或碳纤维等强度高、重量轻的材料；叶尖则呈锥形，起到增加离心力的作用，能够提高风电机组的输出功率。
二、风电叶片的材料选择风电叶片的材料选择是其中的关键环节。
一般而言，根据叶片所处的不同位置和受力环境，可以选择不同的材料。
当前，用于风电叶片制造的材料主要包括玻璃纤维增强塑料（GRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）、环氧树脂等。
其中，GRP的强度较低，适用于叶片较小的风力发电机组；CFRP强度较高，适用于叶片大的风力发电机组。
三、风电叶片的制造工艺风电叶片的制造工艺包括叶片设计、叶片制造、叶片存储和运输等环节。
其中，叶片设计是整个制造工艺中最为关键的一环。
在叶片设计过程中，需要考虑叶片形状、厚度分布、弯曲角度、翼型等因素，在目标性能指标的前提下进行优化设计，确保叶片具有足够的强度和刚度。
叶片制造过程中，一般采用纤维缠绕、层叠、真空吸塑、热固化等工艺。
在纤维缠绕工艺中，先将玻璃纤维或碳纤维浸渍在环氧树脂中，再采用机械纤维缠绕设备，将纤维缠绕在模具上，形成叶片主体部分；在层叠工艺中，则采用贴合或真空吸塑等方法，将纤维层叠在一起形成叶片结构；在热固化工艺中，将浸渍好的纤维坯料放入高温烤箱中加热，使树脂固化，形成叶片。
四、风电叶片的性能优化风电叶片的性能优化涉及多个方面，包括静态强度、动态响应、疲劳寿命、噪声等指标。
目前，针对这些方面的研究主要围绕着以下几个方面展开。
1. 优化叶片结构，如采用复合材料结构来加强叶片强度。
2. 采用数值模拟方法优化叶片设计，如有限元分析等，以提高叶片的负载承受能力。
3. 控制叶片制造过程，以保证叶片形状的精度和强度的一致性。
4. 采用智能化监测系统，对风电叶片的使用状态和性能进行实时监测，以提高叶片的可靠性和安全性。
风电机组叶片维护装备的结构分析与优化设计
风电机组叶片维护装备的结构分析与优化设计风力发电是一种清洁、可再生的能源，随着全球对可持续发展的重视与需求的增长，风电装备产业也在不断壮大。
作为风电机组核心组成部分之一，叶片的运行状态和维护保养直接影响着风电机组的性能和寿命。
因此，对叶片维护装备的结构进行分析与优化设计具有重要意义。
首先，我们来分析目前常见的叶片维护装备结构。
目前主要有以下几种类型：1. 大型起重机：采用大型起重机进行叶片的拆装和维护作业。
虽然具备承载能力强、作业范围广的优点，但存在体积庞大、操作复杂、维护成本高等问题。
2. 爬升车：采用可伸缩式的爬升车进行叶片的维护作业。
它相对于大型起重机来说，体积较小，操作相对简便，但是在非平坦地形等复杂情况下仍然存在一定的操作困难。
3. 无人机：采用无人机进行叶片巡检和维修。
无人机具备灵活性高、操作简单、维护成本低等优点，能够在较短时间内完成对叶片的检测和维修工作。
然而目前无人机技术还不够成熟，需要进一步改进和完善。
在分析了现有叶片维护装备的结构后，为了满足叶片维护的技术需求，我们可以考虑以下优化设计方向：1. 结构轻量化：通过优化设计和材料选择，降低维护装备的自重，提高装备的携带性和操作性。
例如，使用高强度轻材料或复合材料代替传统金属材料，减少装备的重量。
2. 操作自动化：引入自动化技术，减少对人工操作的依赖，提高维护装备的智能化水平。
例如，可以利用自动驾驶技术实现叶片维护装备的精确定位和自动控制。
3. 多功能集成：在设计中考虑叶片维护的多种需求，尽量实现多功能一体化设计，减少维护装备的复杂性和数量。
例如，将无人机与爬升车相结合，形成一体化的维护装备系统，兼具巡检、维修等功能。
4. 数据化监测：利用传感器和数据处理技术，实现对叶片运行状态的实时监测和故障预警，提高维护装备的精确性和效率。
例如，通过安装传感器监测叶片的振动、温度等参数，及时发现潜在故障，并进行预防性维护。
5. 绿色可持续：在优化设计中考虑环境保护和可持续发展因素，选择环保性好的材料和能源。
百米级风电叶片预制件双吊点或三吊点吊梁结构设计经验
一、背景及目的整体吊梁作为叶片预制件（主梁、腹板、UD）的吊装工具，日常生产过程中，使用频率较大，作业过程中需搭配天车同时工作；行业内对于百米级吊梁的设计过程缺乏整体性的设计指导思路，吊梁刚度低，使用过程存在吊梁弯曲过大的情况，不能够满足实际使用需求；风电叶片长度不断增大，行业内陆上叶片已突破百米级，现有的吊梁设计经验已经不能支撑百米级的吊梁设计；综上，针对吊梁的结构设计思路和原则需进一步突破，本文给出吊梁设计的指导思路和原则供参考。
二、结构设计思考1.吊梁刚度提升1)优化吊梁结构，在保证负载的前提下，降低吊梁自身重量来实现吊梁刚度的提升；2)吊梁负载方向为重力方向，增加吊梁重量方向上的截面高度提升吊梁刚度。
2.吊梁吊点选取通过有静力分析，寻找吊点位置的选取原则3.吊梁选材吊梁选材易选用常规平价标准型材，降低吊梁造价三、吊梁静力分析通过反复分析验证，最终得出两个结构的吊梁（三角截面结构和矩形截面结构），在100米长度和120米长度下静力分析的最佳状态1.设计详情图1 三角结构吊梁图2矩形结构吊梁吊梁框架全选用常规Q235材质型材，其中三角形截面结构吊梁主纵梁选用80*80*5方管，其余位置选用50*5角铁；矩形结构吊梁主纵梁选用80*6*5矩形管，截面横撑和输出选用60*60*3方管，斜撑选用50*3角铁。
2、材料材料材质选用Q235低碳钢，材料机械性能参数如下3、载荷与约束信息固定约束点为吊梁吊点位置加强板上的吊装孔，在吊梁底部横撑上施加重力方向上相应的力（施加力位置为展向均分布）。
图3吊梁约束和载荷（红色为载荷，绿色为约束）4、网格信息网格划分参数使用软件默认的参数5、分析结果1)三角结构100米吊梁吊点为两个，最大变形量为88mm，最大变形量发生在吊梁的两端；最大应力为222Mpa（应力集中在0.1cm²区域，材料选择Q345为宜），应力集中在吊点下方；图4 三角结构吊梁变形量分布图5 三角结构吊梁应力分布120米吊梁吊点为3个，最大变形量为24mm，最大变形量发生在两个吊点中间区域；最大应力为176MPa，应力集中在变形量较大的位置。
关于大型风电叶片的模态测试与数值模拟研究
关于大型风电叶片的模态测试与数值模拟研究摘要：随着风电机组的功率和叶片大型化。
本文以某1.5MW级风电叶片为例，就叶片模态分析的测试和仿真方法进行了介绍。
介绍两种大型风力发电机叶片的模态测试方法，并通过不测力法进行了叶片的模态测试和分析；介绍了大型风力发电机叶片数值仿真中，叶片建模的几种方法及结构简化方向。
为风电叶片动态响应情况的研究提供一定的理论依据。
关键词：风力发电机组叶片；模态测试；数值仿真引言：随着风力发电技术的逐步发展，风力发电机组逐步向着功率和叶片的大型化发展。
而随着复合材料等技术不断发展，使风力发电机组的叶片大型化成为可能。
但随着叶片的大型化，整机结构的安全性逐步成为新的问题。
因此为保证风电机组安全性，对其叶片的动态响应研究十分必要。
现阶段，风力发电机组叶片动态响应的常规方法是模态分析。
一、大型风电叶片模态测试方法（一）检测台介绍本文研究的叶片为某1.5MW级风力发电机组叶片，长38m、重6t。
应用了由中科院工程热物理所和保定国家新能源产业基地共同合作研发建成的风电叶片检测台对叶片进行检定。
（二）检测方法与设备1.检测方法实验测试分析主要有测力法与不测力法两种检测方法。
其中测力法通过人工激励的方法，简单直接的测量到结构的受力，进而通过计算和分析得到结构的模态数据，包括频率、阻尼振型等；而不测力法主要用于桥梁及大型的街头、运行状态的机械设备或不易实现人工激励的结构进行的结构特性动态试验，方法主要利用实测的时域响应数据，结合建模和拟合的数据识别结构的模态。
在实际检测过程中，考虑到待检叶片质量相对较大，且固有频率相对较低、模态不易激励，故采用不测力法对叶片进行检测。
2.检测设备在确定叶片具体检测方法后，相关检测人员使用DHDAS—3817动态信号测试系统对信号情况进行记录，以得到叶片的振动信号数据；使用DH610磁电式速度传感器进行测量，以得到叶片的频率响应数据。
现阶段，DH610磁电式速度传感器包括纵向传感器与横向传感器，其测试频率的响应范围为0.1Hz到100Hz之间。
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大型风电叶片结构设计方法研究
摘要：随着绿色能源的推广与利用，对风电叶片结构设计也提出了更高的要求。
作为风电机组的主要部件，叶片的设计方法一直是风电机组研发的关键。
本文主要对大型风电叶片结构设计方法进行探析。
关键词：风电叶片；结构设计；方法
前言
近年来，我国的风电设备在技术水平与创新方面已有了突破性的成就，但与国外发达国家相比，仍存在很大差距，尤其在大型风电叶片结构设计方面。
因此，如何完善设计方法将是未来提高风电机组核心技术的必然途径。
1.风电叶片设计的基本概述
1.1 风电叶片设计
风电叶片设计的过程实际是对叶片参数的选取与确定的过程，其中的参数对叶片的性能起决定性的作用。
一般对风电叶片进行设计主要目标在于：第一，通过较好的空气动力外形获得风能。
第二，结构的强度与刚度能够承受各种荷载。
第三，其结构动力学特性较好，防止出现共振与颤振。
第四，叶片重量的降低使制造成本减少。
设计的过程主要分为对气动与结构的设计。
其中气动设计过程中，主要对叶片几何外形做出最佳的选择，实现年发电量最大的目标，而结构设计主要对叶片材料的选择、叶片结构形式以及设计参数进行分析，使叶片的强度、刚度及稳定性等目标得以实现。
1.2 叶片外形设计的主要方法
风电叶片设计的主要任务是确定气动外形。
叶片外形作为结构设计的基础，对结构设计也有一定的限制。
一般对气动外形的设计的方法主要包括基于动量叶素理论的简化设计方法、Glauert方法、以及维尔森方法。
基于动量叶素理论的简化设计方法通常用于对风轮轴线截面与叶片产生的气动力，并以此确定叶片参数与翼弦的关系。
而Glauert方法主要对风轮后涡流流动进行考虑，初步的设计、分析与修正气动性能，存在一定的局限性，但在设计过程中属于较好的指导方法。
维尔森方法则是对Glauert方法的改进，是当前叶片启动外形设计常用方法之一[1]。
1.3 结构设计
结构设计的基本要求在于动力学特性、设计寿命、极限强度设计条件以及刚度设计条件与叶尖变形。
在叶片材料方面，通常选择铝合金、玻璃钢、碳纤维增强复合材料等。
叶片的内部夹芯结构一般以轻木与PVC为主，而且主体结构中
避免使用钢材，只能将其作为叶片结构的连接件。
2.叶片承载结构设计
2.1 叶片构造设计分析
叶片结构设计主要任务是叶片的构造设计，以受载荷情况为依据，确定结构的形式。
如果叶片结构属于空腹薄壁，受载过程中便出现局部失稳或变形过大的情况，因此在空腹内需添加夹芯材料，或者设置加强肋以保证总体强度与刚度的提高。
叶片的制造往往使用叶片上下壳体以及抗剪腹板独立成型的方法，然后再将抗剪腹板与上下壳体粘结形成完成的叶片。
为提高叶片整体强度，叶片上下壳体在加工时将同时进行铺设纤维与灌注，但实际设计过程中往往将叶片的上下壳体单独设计，从而减小设计难度，保证叶片的性能。
对叶片各部分材料以及构造形式确定之后，需将主梁在叶片内部的位置与宽度等参数进行确定，但注意遵循一定的原则：首先，叶片厚度较大处布置主梁，保证抗弯刚度；其次，启动中心、变桨中心与截面中心应保持靠近，使重力作用下的扭矩减少；最后，结构设计中，应以统一的形式表达参数，使后续的计算更为方便。
2.2 复合材料叶片强度设计
符合材料叶片设计主要包括蒙皮铺层设计与主梁帽铺层设计。
叶片蒙皮可进行气动外形的提供，也具有承担扭转力矩的作用。
当叶片腹板影响被忽略时，叶片可充当闭口薄壁梁。
这时需要假设一定的条件对蒙皮厚度进行计算。
另外，主梁帽铺层设计，一般叶片承受弯曲荷载时，主梁帽发挥重要的作用。
在计算过程中，需以叶片刚度条件为基础对主梁帽厚度进行计算。
如果蒙皮厚度、主梁位置、材料参数、铺层参数等在确定的情况下，可直接进行逐层求和计算出截面的实际刚度，并根据铺层数以及计算结果确定主梁铺层数。
2.3 基于叶片截面位移的刚度设计
基于叶片截面位移的刚度设计，其过程主要为：首先设定条件；其次，截面位移的求解；再次，以截面位移为依据，对截面抗弯刚度进行求解；最后以截面抗弯刚度为依据，反求截面形状，并对叶片抗弯结构的尺寸进行确定。
3.结构与气动的平衡设计
3.1 叶片气动与结构的影响因素
叶片长度能够确定的条件下叶片厚度、宽度与扭转情况都会对叶片性能产生影响。
从翼型厚度影响因素分析，因为风电叶片可理解为具有厚度的壳体，而其厚度却受气动翼型影响，一般厚度会从叶根到叶尖减少。
因为大型风电叶片需要对巨大的极端载荷进行抵抗，所以叶片的厚度一般较大，因此在设计过程中应注
意把握叶片翼型的厚度。
另外，叶片结构设计中，影响比较大的还包括叶片的实度与扭角。
实际的计算过程中，实度应取在合理范围内。
同时要把握扭角与桨距角和变桨位置的关系。
3.2 变桨中心的确定及其对外形与结构的影响
从对叶片受力情况进行分析中可以看到，叶片所受到的扭矩作用主要来自启动扭矩、离心力扭矩、重力扭矩以及变桨惯性力矩。
如果使叶片各截面的变桨重心与中心保持重合，它的位置将出现在叶片最大最厚附近，这种设计有利于叶片承担弯矩[3]。
4.结论
风电叶片结构的设计对整个发电机组有着重要的影响。
设计过程中，需遵循一定的设计原则与方法，把握好对叶片承载结构的设计、结构与气动的平衡设计，才能保证风电叶片结构设计更为科学、合理，从而促进风电机组核心技术的提高。
参考文献：
[1]宋聚众.水平轴风力机载荷工况设计方法研究[J].东方电气评论，2010（2）：60-63.
[2]刘雄.风力机桨叶总体优化设计的复合形法[J].太阳能学报，2011（12）：156-158.
[3]马志勇.大型风电叶片结构设计方法与研究[D].华北电力大学，2011.
2012年毕业于湘潭大学，材料科学与工程专业。
2012年就职于南车时代新材，结构设计工程师，研究方向：复合材料结构设计。