纺织复合材料在风力发电机叶片制造中的应用
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]。
碳纤维在风力发电机叶片中的应用
碳纤维在风力发电机叶片中的应用碳纤维是一种由碳纤维织物和树脂组成的复合材料，具有轻量化、高强度、耐腐蚀和耐疲劳等优点，因此在风力发电机叶片中得到了广泛应用。
首先，碳纤维在风力发电机叶片中的应用可以显著降低叶片的重量。
由于碳纤维的密度较低，约为2.0 g/cm3，比大多数传统材料如钢铁、铝等轻。
同等重量下，碳纤维比其他材料更具强度，这意味着只需较少量的碳纤维即可达到相同的强度要求。
这能够大幅降低风力发电机叶片的重量，进而提高风能转化效率。
其次，碳纤维具有优异的强度和刚度，可以提高风力发电机叶片的结构强度和抗风荷载能力。
风力发电机叶片在运转过程中需要承受巨大的气动载荷和旋转惯性力，若叶片结构不足够强硬或刚性，则有可能发生弯曲、振动、疲劳破坏等问题。
而碳纤维叶片具有高强度和高刚度的特点，使其能够有效抵抗风荷载，降低结构失稳的风险，提高叶片的可靠性和运行稳定性。
另外，碳纤维具有优良的疲劳性能，可以延长风力发电机叶片的使用寿命。
由于长期在恶劣气候条件下运行，风力发电机叶片容易受到风、雨、冰等自然环境因素的损害，尤其是疲劳破坏。
碳纤维材料具有良好的疲劳耐久性，能够高效地承受变化的载荷和应力，减少叶片因疲劳损伤导致的维修和更换成本，延长叶片的使用寿命。
此外，碳纤维具有良好的耐腐蚀性能，可有效抵抗风力发电机叶片面对的腐蚀环境。
风力发电机叶片在暴露于海洋和湿润环境中会遭受到大气中的盐雾、湿度等的侵蚀，容易引起金属材料的腐蚀。
而碳纤维具有高抗腐蚀性能，不受盐雾和潮湿环境的影响，使得风力发电机叶片能够更好地应对高腐蚀性环境的挑战。
最后，碳纤维制造工艺相对灵活，可实现大尺寸、复杂形状的叶片设计。
与传统的金属叶片相比，碳纤维材料能够通过纤维层堆叠和树脂浸渍技术，实现复杂形状的叶片构造和细节，满足不同的设计需求。
由于碳纤维材料具有很好的可塑性，可以根据实际需要进行模具制造、层叠设计和热固化处理，制造出更加精细、高效的风力发电机叶片。
复合材料在风机叶片上的应用与展望
复合材料在风机叶片上的应用与展望摘要：本文综述了风力发电的发展现状以及复合材料在风机叶片上的应用，介绍了结构设计，最后展望了风机叶片的发展趋势。
1 引言能源是经济社会发展的重要物质基础。
风，作为可再生能源，取之不尽，用之不竭，与石油、天然气发电相比，风能不受价格的影响，石油、天然气最终会杜竭，而风能不会。
与煤相比，风能没有污染，不仅如此，风能发电可以减排二氧化碳等有害物。
据资料报导，平均每装一台单机容量为1MW的风能发电机，每年可以减排2000t二氧化碳，l0t二氧化硫，6t二氧化氮。
因此，世界各国十分关注未来是否能有足够的能源？如何使用能源而又不影响气候？由于风电能源具有建设时间短，并可提供安全、清洁和经济的电力等优点，因此风力发电在全世界发展很快。
2 风力发电的发展现状随着现代风电技术的发展与日趋成熟，风力发电机组的技术向着增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率的方向发展。
上世纪末，风电机组主力机型是750kW。
到2002年前后，主力机型已经达到1.5MW以上。
1997年兆瓦级机组占当年世界新增风电装机容量的9.7%，而2001年和2003年分别占到52.3%和71.4%。
海上风电场的建设要求单机容量更大的机组，欧洲已批量安装3.6MW机组，5MW机组也已安装运行。
我国可开发利用的风能资源有10亿kW，其中陆地2.5亿kW，现在仅开发了不到0.2%，近海地区有7.5亿kW，风能资源十分丰富。
风能资源丰富的地区主要分布在“三北”（东北、西北、华北）地区及东南沿海地区。
三北地区可开发利用的风力资源有2亿kW，占全国陆地可开发利用风能的79％。
根据风力发电中长期发展规划，到2005年全国风电总装机容量为100万kW，2010年400万kW,2015年1000万kW，2020年2000万kW。
2020年以后石化燃料资源减少，火电成本增加，风电具备市场竞争能力，发展更快。
2030年后水能资源基本开发完毕，海上风电将进入大规模开发期。
复合材料在风能利用中的应用研究
复合材料在风能利用中的应用研究在当今全球能源转型的大背景下，风能作为一种清洁、可再生的能源，正受到越来越广泛的关注和应用。
而复合材料在风能利用领域的出色表现，为提高风能的利用效率和可靠性发挥了关键作用。
复合材料具有一系列优异的性能，使其成为风能领域的理想选择。
首先，它们具有出色的强度重量比。
这意味着在保证结构强度的同时，可以大大减轻部件的重量，从而降低了整个风力发电系统的成本和负荷。
其次，复合材料具有良好的耐腐蚀性。
风力发电设备通常暴露在恶劣的环境中，如海洋环境中的盐雾、内陆地区的风沙等，复合材料能够有效抵抗这些侵蚀，延长设备的使用寿命。
此外，复合材料还具备良好的可设计性，可以根据不同的需求和工况，定制出具有特定性能的部件。
在风力发电系统中，叶片是关键的部件之一，而复合材料在叶片制造中占据着主导地位。
传统的叶片材料如木材和金属，在强度、重量和耐久性方面逐渐无法满足现代风力发电的需求。
相比之下，复合材料制成的叶片具有更长的长度和更复杂的形状，能够捕获更多的风能。
目前，主流的叶片材料通常是玻璃纤维增强复合材料（GFRP）和碳纤维增强复合材料（CFRP）。
GFRP 具有成本较低、性能可靠的优点，广泛应用于中大型风力发电机叶片。
而 CFRP 虽然成本较高，但其强度和刚度更高，在一些大型和超大型风力发电机叶片中逐渐得到应用，以进一步提高叶片的性能。
除了叶片，复合材料在风力发电的塔筒中也有重要应用。
塔筒需要承受巨大的风力和自身的重量，同时要保证长期的稳定性和安全性。
采用复合材料制造的塔筒，不仅可以减轻重量，便于运输和安装，还能提高塔筒的抗疲劳性能和耐腐蚀性。
此外，复合材料在机舱罩、轮毂等部件中也发挥着重要作用，为整个风力发电系统提供了可靠的结构支持。
然而，复合材料在风能利用中的应用也并非一帆风顺。
一方面，复合材料的成本相对较高，尤其是高性能的碳纤维复合材料，这在一定程度上限制了其更广泛的应用。
另一方面，复合材料的回收和再利用技术仍有待进一步完善。
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%。
基于复合材料的低风速风力发电叶片制造与性能研究
基于复合材料的低风速风力发电叶片制造与性能研究近年来，随着对可再生能源的需求日益增加，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式得到了广泛应用。
然而，传统的风力发电叶片在低风速条件下效率低下，限制了风能的有效利用。
为了提高低风速条件下风力发电的效率，基于复合材料的低风速风力发电叶片制造与性能研究变得尤为重要。
1. 复合材料在风力发电叶片制造中的应用传统的风力发电叶片通常采用金属或纤维增强复合材料制造，但在低风速条件下，它们的刚度不足，容易发生振动和破损。
而基于复合材料的低风速风力发电叶片则可以通过选择合适的增强材料和树脂基础材料，提高叶片的刚度和强度，进而提高发电效率。
常见的复合材料包括玻璃纤维增强塑料（GFRP）和碳纤维增强塑料（CFRP）等。
2. 低风速风力发电叶片制造的关键技术（1）材料选择：选择合适的增强材料和树脂基础材料是制造低风速风力发电叶片的关键。
GFRP具有较低的成本和较高的韧性，适合在低风速条件下使用；而CFRP具有较高的强度和刚度，适合在高风速条件下使用。
（2）叶片结构设计：叶片结构设计包括叶片形状、翼型剖面和刃数等。
合理的叶片结构设计可以改善叶片的气动性能，提高低风速条件下的发电效率。
（3）制备工艺：制备工艺包括叶片模具制造、纤维预浸料制备和叶片成型等。
采用先进的模具制造技术可以确保叶片的几何形状精度和表面质量；而纤维预浸料制备和叶片成型工艺则影响着叶片的力学性能和质量。
3. 低风速风力发电叶片性能研究（1）流场分析：通过数值模拟方法研究低风速条件下叶片的流场分布，可以揭示叶片表面压力分布和气动力矩等关键参数，为叶片结构设计提供理论基础。
（2）机械性能测试：通过实验方法测试低风速风力发电叶片的机械性能，包括弯曲刚度、弯曲强度和疲劳寿命等。
机械性能测试的结果可以评估叶片的结构强度和使用寿命，为叶片制造工艺和材料选择提供参考。
（3）效率试验：通过风洞试验或实际工程试验，测试低风速条件下风力发电叶片的电气效率。
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。
复合材料在风能领域的应用
复合材料在风能领域的应用嘿，咱们今天来聊聊一个挺有意思的话题——复合材料在风能领域的应用。
你知道吗，在咱们广袤的大地上，那一排排巨大的风力发电机就像一个个不知疲倦的巨人，日夜不停地为我们输送着清洁的电能。
而在这些巨人的身体里，复合材料可发挥了大作用！先来说说叶片。
风力发电机的叶片那可是关键部位，它得又轻又强，还得能经受住各种恶劣天气的考验。
这时候，复合材料就闪亮登场啦！比如说碳纤维增强复合材料，它的强度那叫一个高，重量又轻得很，就像给叶片穿上了一件超级坚固又轻便的铠甲。
我曾经亲眼见过一个叶片的制造过程，那场面真是让人惊叹。
工人们小心翼翼地把复合材料一层一层地铺设上去，每一个步骤都精确无比，就像是在雕琢一件珍贵的艺术品。
他们的眼神中充满了专注和认真，因为他们知道，这叶片的质量直接关系到风力发电机的效率和寿命。
还有塔筒，这也是风能设备中不可或缺的一部分。
传统的金属塔筒在面对强风、腐蚀等问题时，有时候会显得力不从心。
而复合材料制成的塔筒就不一样了，它具有更好的耐腐蚀性和抗疲劳性能。
我记得有一次在一个风电场，看到一台新安装的复合材料塔筒的风力发电机，它在风中稳稳地矗立着，给人一种特别可靠的感觉。
再说说发电机内部的一些零部件，复合材料也能大展身手。
比如说一些绝缘部件，用复合材料制造能够更好地保障电气性能，提高发电机的运行稳定性。
复合材料在风能领域的应用，真的是让风能发电变得更高效、更可靠。
随着技术的不断进步，相信未来复合材料会在这个领域发挥出更加神奇的作用，为我们的绿色能源事业贡献更多的力量。
说不定哪天，我们家里用的电全都来自那些由复合材料武装起来的风力发电机呢！总之，复合材料就像是风能领域的一位超级英雄，默默地守护着我们的蓝天白云和清洁能源梦想。
让我们一起期待它在未来带给我们更多的惊喜吧！。
风力发电现状及复合材料在风力发电上的应用
国内的整机生产企业中，新疆金风、浙江运达、大连重工集团、东方汽轮机 厂等几家的市场前景被业界看好，这其中又以新疆金风科技在国内品牌中的 市场份额最大。叶片市场的情况与整机基本类似，单是丹麦LM Glasfiber公 司一家就占据了国际市场40%以上的份额，其产品被GE WIND、西门子、 Repower、Nordex等公司全部或部分采用；另外Vestas和Enercon公司也拥有 各自的叶片生产部门。国内的叶片生产企业主要有中航保定惠腾、连云港中 复连众复合材料集团等。 风电叶片作为风力发电机组系统最关键、最核心的部件之一．叶片 的设计及其采用的材料决定着风力发电机组的性能和功率，也决定着其 电力成本及价格。复合材料在风力发电上的应用，实际上主要是在风电 叶片上的应用。风电叶片占风力发电整个系统成本的20%到30%。制造叶 片的材料工艺对其成本有决定性影响，因此材料的选择、制备工艺的优 化对风电叶片十分重要。
华锐风电
华锐风电海上风电项目
2.2国家的优惠政策 2.2.1风电全额上网
2006年1月1日开始实施《可再生能源法》。该法要求电网企业为可 再生能源电力上网提供方便，并全额收购符合标准的可再生能源电量， 以使可再生能源电力企业得以生存，并逐步提高其能源市场的竞争力。
2.2.2上网电价
当前风电定价采用特许权招标方式，导致一些企业以不合理的低价 进行投标。风电特许权招标先后作出了三次修改，总的看来，电价在招 标中的比重有所减少；技术、国产化率等指标有所加强；风电政策已由 过去的注重发电专项了注重扶持中国企业风电设备制造。目前，有关部 门正在抓紧研究风电电价调整的具体办法，调整的原则将有利于可再生 能源的开发，特许权招标的定价方式有可能改变，2008年1月第五期风 电特许权招标采取中间价方式，就是一个最新的尝试和探索，避免了恶 性低价的竞争局面，有助于风电电价开始向理性回归，有利于整个风电 产业的发展。
复合材料在风能领域的应用前景
复合材料在风能领域的应用前景在当今全球追求可持续能源的大背景下，风能作为一种清洁、可再生的能源，其发展势头愈发强劲。
而复合材料在风能领域的应用，正成为推动风能产业进一步发展的关键因素之一。
复合材料，顾名思义，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组合而成的具有新性能的材料。
在风能领域，复合材料因其独特的性能优势，发挥着不可或缺的作用。
首先，复合材料具有出色的强度重量比。
这意味着在提供足够强度的同时，能够大大减轻部件的重量。
对于风力发电机来说，叶片是关键部件之一。
传统材料制造的叶片往往较为沉重，增加了风机的整体负荷，影响了发电效率和稳定性。
而采用复合材料制造的叶片，不仅强度能够满足要求，而且重量大幅降低，使得风机能够更高效地运转，捕获更多的风能。
其次，复合材料具有良好的耐腐蚀性。
风力发电机通常安装在野外环境中，面临着各种恶劣的气候条件，如潮湿、盐雾等。
金属材料在这样的环境中容易发生腐蚀，从而缩短使用寿命，增加维护成本。
复合材料则能够有效地抵抗这些腐蚀因素，延长风机部件的使用寿命，降低运营成本。
再者，复合材料具有良好的可设计性。
通过调整材料的组成、纤维的铺设方向和层数等，可以根据不同的需求定制出具有特定性能的部件。
例如，在叶片的设计中，可以根据不同部位的受力情况，优化复合材料的结构，从而提高叶片的整体性能。
在风能领域，复合材料的应用范围十分广泛。
除了叶片，机舱罩、轮毂等部件也大量采用了复合材料。
以叶片为例，早期的叶片多采用玻璃纤维增强复合材料。
随着技术的不断进步，碳纤维增强复合材料逐渐崭露头角。
碳纤维具有更高的强度和刚度，能够制造出更长、更轻的叶片，进一步提高风能的捕获效率。
然而，碳纤维的成本相对较高，限制了其大规模应用。
目前，一种常见的做法是在叶片的关键部位，如根部和前缘，使用碳纤维增强复合材料，以提高叶片的性能；而在其他部位则使用玻璃纤维增强复合材料，以平衡成本和性能。
机舱罩作为保护风机内部设备的重要部件，也需要具备良好的力学性能和耐候性。
复合材料在风能设备中的应用
复合材料在风能设备中的应用嘿，你知道吗？如今这风能设备可是越来越厉害了，而其中复合材料可是功不可没！我记得有一次去风电场参观，那巨大的风车叶片在风中呼呼转动，场面别提多壮观了。
我走近仔细一瞧，才发现这叶片可不是普通的材料做成的。
工作人员告诉我，这叶片用的就是复合材料。
先来说说这复合材料到底是啥。
它可不是单一的一种材料，而是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组合在一起形成的一种新型材料。
在风能设备里，常用的复合材料有玻璃纤维增强复合材料、碳纤维增强复合材料等等。
就拿玻璃纤维增强复合材料来说吧，它强度高、重量轻，这对于风能设备来说太重要啦！你想想，那风车叶片那么大，如果材料太重，转动起来得多费劲呀。
而这种复合材料就能让叶片既坚固又轻巧，在风中能更轻松地转动，从而捕获更多的风能。
碳纤维增强复合材料那就更厉害了！它的强度比玻璃纤维增强复合材料还要高，而且具有更好的耐疲劳性能。
这意味着风能设备在长期运行中，能够更加稳定可靠，减少维修和更换的次数，降低成本。
复合材料在风能设备中的应用，可不只是在叶片上。
像塔筒，也就是支撑风车的那个大柱子，也会用到复合材料。
传统的塔筒一般是钢结构的，但用了复合材料后，不仅能减轻重量，还能提高耐腐蚀性能，延长使用寿命。
有一回，我在一个海边的风电场看到，由于海风的腐蚀性比较强，那些用了复合材料做防护的塔筒，表面依然光滑如新，而旁边传统钢结构的塔筒已经有了锈迹。
这一对比，就明显看出复合材料的优势啦。
而且啊，复合材料的使用还让风能设备的设计更加灵活多样。
它可以根据不同的风况和地理条件，定制出各种形状和尺寸的部件，提高风能的利用效率。
不过，复合材料在风能设备中的应用也不是一帆风顺的。
比如说，它的成本相对较高，制造工艺也比较复杂。
但随着技术的不断进步，这些问题正在逐步得到解决。
总之，复合材料在风能设备中的应用，为我们获取清洁能源提供了有力的支持。
相信在未来，随着技术的不断发展，复合材料会在风能领域发挥更大的作用，让我们的天空更蓝，空气更清新！回想那次在风电场的参观经历，看着那一片片旋转的叶片，我深深地感受到了科技的魅力和复合材料的神奇。
复合材料在风能领域的应用研究
复合材料在风能领域的应用研究在全球追求清洁能源和可持续发展的大背景下，风能作为一种可再生、无污染的能源，正逐渐成为能源领域的重要组成部分。
而复合材料在风能领域的广泛应用，为提高风能利用效率、降低成本和增强风力发电设备的可靠性发挥了关键作用。
复合材料具有一系列优异的性能，使其特别适合在风能领域中应用。
首先，它们具有高强度和高刚度，能够承受风力发电设备在运行过程中所受到的巨大载荷。
其次，复合材料具有良好的耐腐蚀性，能够在恶劣的环境条件下长期稳定工作，减少维护成本。
此外，复合材料的可设计性强，可以根据不同的需求制造出各种形状和结构的部件，满足风力发电设备复杂的设计要求。
在风力发电设备中，叶片是最关键的部件之一，而复合材料在叶片制造中占据了主导地位。
传统的金属材料由于重量大、强度和刚度有限，已经无法满足现代大型风力叶片的要求。
相比之下，复合材料制成的叶片具有更高的强度重量比，能够显著增加叶片的长度和扫风面积，从而提高发电效率。
目前，主流的风力叶片通常采用玻璃纤维增强复合材料（GFRP）或碳纤维增强复合材料（CFRP）制造。
玻璃纤维增强复合材料具有成本较低、性能稳定等优点，是目前应用最广泛的叶片材料。
然而，随着风力发电技术的不断发展，对叶片性能的要求越来越高，碳纤维增强复合材料因其更高的强度和刚度逐渐受到关注。
碳纤维增强复合材料制成的叶片可以更轻薄、更高效，但成本相对较高。
为了在性能和成本之间取得平衡，一些制造商采用了玻璃纤维和碳纤维混合增强的复合材料，以充分发挥两种材料的优势。
除了叶片，复合材料在风力发电设备的其他部件中也有广泛应用。
塔架是支撑整个风力发电设备的重要结构，复合材料塔架具有重量轻、耐腐蚀、易于运输和安装等优点。
与传统的钢结构塔架相比，复合材料塔架可以减少基础建设成本，并且在一些复杂地形和恶劣环境下具有更好的适应性。
此外，复合材料还用于制造机舱罩、轮毂等部件，以提高设备的整体性能和可靠性。
然而，复合材料在风能领域的应用也面临一些挑战。
复合材料在风能领域的前景研究
复合材料在风能领域的前景研究在当今全球追求可持续发展和清洁能源的大背景下，风能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，其发展势头日益强劲。
而复合材料在风能领域的应用，更是为风能产业的进一步发展注入了强大的动力。
复合材料，顾名思义，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组合在一起而形成的一种新型材料。
它结合了各种组成材料的优点，具有高强度、高刚度、耐腐蚀、耐疲劳等优异性能，这使得它在风能领域中展现出了巨大的应用潜力。
首先，我们来看看复合材料在风力发电机叶片中的应用。
叶片是风力发电机中最为关键的部件之一，它直接影响着风能的捕获效率和发电成本。
传统的叶片材料，如金属，存在着重量大、强度低、耐腐蚀性能差等问题，限制了风力发电机的性能和使用寿命。
而复合材料的出现，有效地解决了这些问题。
以玻璃纤维增强复合材料（GFRP）和碳纤维增强复合材料（CFRP）为例，它们具有比强度高、比刚度高的特点，能够在保证叶片强度和刚度的前提下，大大减轻叶片的重量。
这不仅降低了叶片的制造和运输成本，还提高了风力发电机的发电效率。
同时，复合材料还具有良好的耐腐蚀和耐疲劳性能，能够在恶劣的环境条件下长期稳定工作，延长了叶片的使用寿命。
除了叶片，复合材料在风力发电机的其他部件中也有着广泛的应用。
例如，在塔筒中，复合材料可以替代传统的钢材，减轻塔筒的重量，降低运输和安装成本。
在机舱罩中，复合材料的使用可以提高其防护性能和美观度。
随着技术的不断进步，复合材料在风能领域的应用也在不断拓展和深化。
目前，一些新型的复合材料，如纳米复合材料、智能复合材料等，正在逐渐进入风能领域的研究视野。
纳米复合材料是将纳米级的颗粒或纤维添加到传统的复合材料中，从而显著提高材料的性能。
例如，将纳米级的二氧化硅颗粒添加到玻璃纤维增强复合材料中，可以提高其强度和耐疲劳性能，进一步延长叶片的使用寿命。
智能复合材料则是一种能够感知外界环境变化，并做出相应响应的材料。
复合材料在风力发电机叶片中的应用
复合材料在风力发电机叶片中的应用要】本文概述了全球风电市场的现状，复合材料在风力发电机叶片制造中的应用。
关键词】复合材料；风力发电机；叶片引言随着世界性能源危机的日益加剧和公众对于改善生态环境的呼声不断高涨，风力发电作为一种清洁的可再生能源在全球范围内迅猛发展。
各国都加快了对风力发电机组的研发，不断推出新的材料和技术。
目前国内的主流风机是1500kw，正在开发2000kw、3000 kw、5000kw的风机。
随着风力发电机装机容量的增加和叶片长度的增大，对叶片的制造技术和材料提出了更高的要求。
不断发展的技术和市场开发使得风力发电从复合材料的边缘应用变成全球复合材料最广泛的应用之一。
风力发电机叶片是风力发电的核心技术，由于对叶片的外形、精度、表面粗糙度、强度和刚度的要求很高，使得叶片技术成为制约风力发电快速发展的瓶颈。
旺盛的市场需求促进了风电叶片材料的研发和应用。
1、叶片主要原材料风力发电机叶片的应用材料已经由木质、帆布等发展为复合材料。
复合材料是以某种材料为基体，另一种材料为增强体组成的材料。
在性能上各种材料取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料，可以满足各种不同的要求。
合理选择基体和增强体的材料，并充分考虑两者之间的相互作用是风力发电机叶片选择材料的关键。
当前，我国风机叶片的主要原材料是树脂和增强材料。
1.1树脂不饱和聚酯树脂具有工艺性良好、价格低廉等优点，在中小型风机叶片的生产中占有绝对优势，但它也存在固化时收缩率大、放热剧烈和成型时会有一定的气味和毒性等缺点。
环氧树脂具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和尺寸稳定性，是目前大型风电叶片的首要选择，但它的成本较高，阻碍了它的广泛应用。
乙烯基树脂的性能介于两种树脂之间，目前在大型风电叶片中的应用较少，但随着生产厂家对成本的要求越来越高，乙烯基树脂可能会成为兆瓦级风电叶片的材料。
1.2叶片用增强材料（1）玻璃纤维玻璃纤维是一种性能优越的无机非金属材料，它具有很好的柔软性、绝缘性和保温性且强度高，是复合材料中常用的一种增强材料，和树脂组成复合材料后可以成为良好的结构用材。
复合材料在风电叶片中的应用
世界领先的复合材料设计制造软件创新的风机叶片设计工具和制造方法VISTAGY.Inc©20 Confidential 009关于VISTAGY, Inc公司©20 Confidential 009世界领先的面向复杂,专业的产品开 世界领先的面向复杂 专业的产品开 发、提供专业的集成于CAD的工程软 件和咨询服务的供应商复合材料，飞机结构设计…VISTAGY的客户均为世界领先的复合 材料公司– 航空航天; 汽车; 船舶; 风能; 消费品, 工业产品, 医疗设备…2009年全球销售额增加35%. 年全球销售额增加 总部位于美国，波士顿 遍布全球的销售及技术支持VISTAGY 公司价值观©20 Confidential 009复合材料工程应用的领导者– 世界领先的复合材料设计/制造专业的工具软件FiberSIM – 近20年的在各行业复合材料领域应用的经验灵活开放的复合材料工程技术– 完整的复合材料开发均基于 个CAD主数模 完整的复合材料开发均基于一个CAD主数模 – 为复合材料的设计/分析/制造提供整体的解决方案通过与全球战略客户的密切合作，获得了特定行业需求的、创新的和最直 接的工程经验– 从概念设计到制造的完整流程 – 致力于可靠地和快速地工程设计方案更改的管理 – 更有效地在整个供应链进行数据共享和传递VISTAGY 公司的主要产品©20 Confidential 009The comprehensive solution for design, assembly and validation of aerostructures完全集成于CAD/CAE系统中©20 Confidential 009VISTAGY 所有产品均完 全集成于各系统下 与CAD供应商是伙伴关系 与 供应商是伙伴关系– DS CATIA – SPLM NX – PTC Pro/EngineerCAD AND CAE PLATFORMS与 与CAE供应商是伙伴关系 供应商是伙伴关系– MSC SimXpert – NX CAE – [Others]VISTAGY 开放和灵活的体系(1/2)©20 Confidential 009提供与制造设备的直接 接口，无需第三方数据 格式转化 自动下料设备 激光投影系统 自动铺放设备-自动铺带机/纤维铺放机CUTTING MACHINES AND NESTING SOFTWARELASER PROJECTION SYSTEMSAUTOMATED DEPOSITIONVISTAGY 开放和灵活的体系(2/2)©20 Confidential 009CAE分析和仿真合作伙伴 分析和仿真合作伙伴– 结构设计• • • • 静力分析 动力分析 结构优化 耐久性疲劳分析ANALYSIS AND SIMULATION SOFTWARE (FEA, CFD)– RTM 仿真分析研究机构和技术合作伙伴– – – – – F1雷诺车队，3T自行车 大学和研究所： RESEARCH AND TECHNOLOGY 麻萨诸塞大学 特拉华大学 美国国家航空研究院（National Institute for Aviation Research）VISTAGY 公司发展历程©20 Confidential 009SyncroFITModel Merge Skin TransferGrid/Structure Based Design Optimized UI FiberSIM Simulation Flat Pattern Composite Engineering Environment Template Based Documentation Analysis Interface Fiber Placement 3D Annotations, Cross sections etc. Variable Offset Surface TechnologyPreliminary Mockup Solids & Weights Quality Planning Environment Seat Design Environment SimXpert IntegrationRTM XMLLaser ProjectionModel Based B d DesignAuto Deposition Design Option1993Catia V319941995Catia C ti V419961997199819992000200120022003200420052006200720082009Unigraphics V13 – NX6… Pro/ENGINEER R18 – Wildfire 4… Catia V5 Catia V6“A 4 to 1 savings in production time was achieved for complex parts of the first aircraft.” aircraft. Bombardier Inc.©20 Confidential 009“VISTAGY promised impressive reductions in product development time for our composite parts, and they delivered on their promises.” Renault F1 Team“With FiberSIM, our first parts were virtually perfect and we were able to do it right the first time.” ti ” Sikorsky Aircraft Corp.“We have worked actively to merge FiberSIM with our engineering software and processes. Lockheed Martin’s goal is to integrate the most productive composites design and manufacturing tools available.” Lockheed Martin Corp.FiberSIM–世界领先的复合材料设计软件CommercialAero Ind. Dev. Center Aerostructures C A t t Corp. Aries Complex BAMTRI（北京625所） BIAM(北京621所) 济南637所 Boeing Commercial Bombardier Inc. Cargolifter CASA A Aeronáutica á ti Cessna Aircraft Delta Airlines Fibertecnic Fischer Ad C Fi h Adv. Composites it SADRI（上海640所） Fuji Heavy Industries Aermacchi Alliant Techsystems Aurora Flight Boeing Defense BAE Systems y Ducommon Gamesa Aeronáutica General Dynamics General Electric GH Craft Goodrich Gulfstream Aerospace Hitco Hexcel Structures Honeywell Israel Aircraft Industries Kaiser Compositek Korean Aerospace Industries Kawasaki Heavy Industries Mitsubishi Rayon 成都飞机工业集团公司 Nippi Nordam Group Northrop Grumman Comm Comm. Pratt & Whitney Raytheon Aircraft Rex Composites 沈阳飞机设计所 Scaled Technology Works Shenyang Aircraft Corporation（沈飞） Short Brothers Turkish Aerospace Industries Vought Aircraft Industries 西安飞机工业集团公司 哈尔滨飞机工业集团公司 黎明航空发动机公司 成都飞机设计研究所 沈阳发动机设计所 Lockheed Martin Aeronautics Lockheed Martin Missile Hill Air Force Base Northrop Grumman Military Saab-Scania©20 Confidential 009DefenseAAI EADS Deutschland DaimlerChrysler MTU GKN Aerospace Hawker de Havilland Kongsberg Def. & Aero.FiberSIM -世界领先的复合材料设计软件©20 Confidential 009HelicoptersBell Helicopter Canada Bell Helicopter Texas Boeing Helicopter PA Boeing Helicopter AZ Eurocopter Sikorsky Aircraft CHRDI（景德镇602） 昌河飞机工业集团 NASA Marshall Raytheon Systems Space Systems Loral TRWSpace pAlenia Spazio Astrium CASA Spain Boeing Missiles CA Boeing Space Seattle L3 Communications Boeing Satellite Systems Lockheed Michoud Lockheed Sunnyvale NASA Johnson 航天材料与工艺研究所 西安航天复合材料研究所 Honda F1 McLaren Cars Porsche Williams F1High-Performance AutomotiveBritish American Racing Ferrari Gestione Sportiva General Motors Sparta p Renault F1 RTN (Audi) Toyota MotorsportOther ApplicationsComposite Horizons Gamesa Eolica 东方电气-风机叶片 Gentex Honeywell FM&T GE Energy Prada America’s Cup Team Toyota Technocraft VESTASVISTAGY 与风力发电行业©20 Confidential 009风力发电在世界范围内的快速发展 FiberSIM 在风机叶片的应用开始于6年前 FiberSIM 目前已被世界知名的风机叶片厂家选为设 计工具 VISTAGY 公司已经认识到风电行业的快速增长 并成 公司已经认识到风电行业的快速增长，并成 立专门的部门负责风电行业的业务 VISTAGY 参加了WindPower 2009 加了 VISTAGY 参加了全球和各地的风电展会– SAMPE China, Danish Composites Day, AWEA and EWEC 2010创新复合材料工程的需求©20 Confidential 009快速发展和多样性 -由世界经济的发展和 能源形势所推动行业模式的转变 -从补充形式的能源转变 为主流形式需要更大更轻的风机叶片 -以提高效率和适用于 海 风电 海上风电成本要求更低 -相对于其他的能源形势 更具有竞争性风力发电的成本需要降低!制造过程的关键因素©20 Confidential 009使用自动化的方式以降低制造成本和循环周期– – – – 提高生产效率 减少研发时间 减少人力成本 减少材料成本提高叶片的加工质量和保证其持续性– 目标：避免早期的失败；降低生命周期成本 – 避免制造的延期和返工 – 减少试验件的数量工程设计中的关键因素©20 Confidential 009提高叶片的性能– 海上风能：需要更大的叶片 – 减少叶片的重量 – 设计要求：更有效率的叶片设计和分析的迭代过程易于进行叶片设计方案的变更和个性话的更改– – – – 新的设计方案的需求增加，个性话的需求 比如：目前单件型的设计方法导致很高的设计方案变更成本 如 目前单件型的设计方法导致很高的设计方案变更成本 引入其他行业的先进的经验 确保领先的市场地位和技术突破创新和领导力的关键因素©20 Confidential 009最前沿的复合材料技术知识的培训– – – – – – 学习效率更高、更准确的设计和制造方法 重新定义现有的复合材料设计流程 现 材 使用最新的原材料和技术 提高技术水平 开发创新的复合材料知识 快速的开发过程的需要：多样化的背景完全集成于CAD系统中VISTAGY 与CAD供应商是伙伴关系:– Dassault Systèmes CAA Adopter - CATIA – EDS/UGS Foundation Partner - NX G ld P t Ad t – PTC Gold Partner Advantage - P /E i Pro/Engineer©20 Confidential 009CAD用户很容易学会使用FiberSIM CAD用户很容易学会使用Fib SIM所有复合材料数据来自同一个模型FiberSIM与CAD软件版本无关生产中得到验证初始设计时间减少25％ - 波音 5- Boeing 787 89%的供应商使用FiberSIM进行复材设计©20 Confidential 009层铺放效率提高62% -雷诺F1赛车加工的零件强度满足设计要求-Prada生产中得到验证©20 Confidential 009每年减少50万元维修成本 每年减少50万元维修成本–-达尔塔公司层铺放时间减少三分之二-西科尔斯基材料浪费减少四分之一- 波音复合材料设计环境(CEE)©20 Confidential 009定义和编辑层 层 定义设计站 创建层的边界曲线 可视化纤维方向 完成成本计算 计算层的重量，面积和重心 评估零件的可制造性 生成平面展开图样 与XML接口Composite Engineering Environment CEE高级复合材料设计环境(ACEE)©20 Confidential 009自动化铺层设计环境，适应设计的反复修改 区域化设计 层边界和递减曲线自动生成 智能化拼接曲线/加切口管理工具 层合板补偿（Surface Offset） 实体模型生成 模具内表面生成 配合表面生成Advanced Composite Engineering d d Environment ACEE集成于CAD的FiberSIM 软件©20 Confidential 009分析接口P001 Actual Ideal P002 P002®纤维铺放接口复合材料设计环境CEE/ACEE带铺叠接口 文档生成树脂流动成型接口 平面图样输出激光投影FiberSIM XML 接口©20 Confidential 009层重量和重心®文 档Excel,Word …XML 接口分析验证 成本分析网 页PDM/ERPPN001 DWG1 Supplier XML WordFS 2XML Word ExcelPDMFS 3 FS 1DWG1 DWG2 PN001CATIA Session“PN001” EnCaptaPN002 PN003可扩展的材料数据库XML 文件©20 Confidential 009FiberSIM 为复合材料设计提供全面解决方案工艺过程 初步设计 功 能 接口©20 Confidential 009定义层合板有限元分析基于层的设计 基于区域的设计 基 层的设计 基 区域的设计 基于网格的设计树脂流动成型 RTM详细设计生成递减铺层生成叠层曲面 排料系统和 切割机工程文档制造性分析 激光投影仪制造切口/拼接 带的定义 自动铺放制造文档XML企业风机叶片常用的设计及分析工具软件©20 Confidential 009Siting, Siting wind profile assessment– Windpro – GH Wind FarmerSpecialized turbine and blade design– – – – – – – – – – – – – – Focus (WMC, Delft University) GH Bladed (Garrad Hasan) Flex5 (LMGlasfiber) NuMAD (ANSYS pre-) (Sandia Natl Lab) Fluent (ANSYS) Acusim (MSC partner) CD-Adapco Others ANSYS MSC (Patran/Nastran/Adams WT) Samcef WT Esacomp Laminate Tools LMSCFD softwareFEA, MBD and stress tools基于FiberSIM的叶片设计流程Wind fields Wave fields Blade structural loadsWind turbine aeroelastic simulation l ti i l tiStructural analysis (beam or shell model) h ll d l) Blade mesh (surface)Certified load casesBlade mesh (line)Blade properties (mass, stiffness, inertia)Turbine p p properties Controller properties Tower properties Airfoil profiles Laminate definitionBlade composite Design/叶片复合材料设计Mfg drawings Cutting data Laser data Material placement dataFiberSIM models (zone, ply)Blade lofting Notes: The FiberSIM models for the blade skins and shearwebs are the master models for configuration, analysis and manufacturing. The first configuration iterations may be done without FiberSIM but as soon as decent lofting surfaces are created FiberSIM harbors the master definition for the blade components. FiberSIM must be able to export a zone or ply based definition of the blade elements to the configuration software software. FiberSIM must be able to export a zone or ply based definition to the analysis software. FiberSIM must be able to export manufacturing data to the material placement systems.Blade Manufacturing /复合材料制造Blade toolingBlade p productio n©20 Confidential 009WT configuration design/叶片总体布局设计Blade analysis/叶片结构分析VISTAGY 在设计方面的优势…©20 Confidential 009概念设计3D 几何数模Sizing analysisDesign verification Design methods ply, zone, grid cross sections, core samplesOffset surface mockup, mating k i设计数据发放®Producibility快速准确地将设计数据 转化为制造数据Weight calculations Splicing & darting strategy Cost modelingMaterials & Processes... 在制造方面的优势©20 Confidential 009发布到制造®Generate flat patterns p®• On-time • On-budget On budget y • On-spec deliveryManufacturing documentation Export to laser positioning Export to nesting & cutting强大的基于网格和区域的设计©20 Confidential 009FiberSIM Fib SIM 基于区域的模型加速了分 析的迭代过程 Zone to ply Zone-to-ply 的强大功能能够从区域 定义中自动，快速地生成铺层形状 在自动生成铺层的同时也生成了复杂 的过渡区和丢层 FiberSIM非常容易地创建，编辑和管 理大量的铺层基于网格设计的示例©20 Confidential 009FiberSIM数模 FiberSIM Model几何数模/应力数据/铺层表Geometry/Stress data/Stacking table FEA分析 FE Analysis对于翼型结构设计提供直接的接口©20 Confidential 009Conceptual design softwareFE Analysis software提供完整和详细的铺层设计方法©20 Confidential 009充分定义完整的复材设计和制造信息， 充分定义完整的复材设计和制造信息 包含如下– – – – 层合板 铺层坐标系 铺层 夹芯结构叶片翼尖处的铺层形状Layer results in blade tip area y p为每个铺层指定超过150个参数并与其对 应的几何数模进行关联– – – – 铺层边界，原点 铺层名称，材料，方向 支持多轴向材料/NCF 铺放顺序为详细的复合材料设计提供友好而功能 强大的用户界面叶片翼根处的铺层形状Net ply contours in blade root area对于夹芯结构的多种选择©20 Confidential 009多种类型的夹芯结构– – – – 虚拟夹芯/Virtual core 可变夹芯/ 实体夹芯/Modeled cored 带台阶的夹芯/Step core可以在任意位置方便地进行 详细的铺层设计 强大的错误检查和报告功能夹芯定义界面可制造性分析可以及早的发现问题和解决制造缺陷问题©20 Confidential 009可以在设计初期进行铺层的可制造 性分析（DFM)材料变形(上图) 会影响层合板的刚度和强度，表现为制造缺陷：褶皱 度和强度 表 为制造缺陷 褶皱 和架桥纤维偏移(下图)会影响层合板对称 和均衡性，加工的精度，强度和气 动性能，表现为：翘曲，存在内部 应力FiberSIM 可以根据所选用的材料类 型，制造方法，进行有针对性的可 制造性仿真 根据可制造性分析的结果进行特定 的铺层拼接和加切口，解决制造缺 陷问题Material wrinkling and bridging deformations材料变形分析Fiber deviations from the blade pitch axis p纤维偏移分析多种类型的材料和制造方法的可制造性分析©20 Confidential 008提供基于真实纤维方向和详细铺层的准确有限元分析©20 Confidential 009FiberSIM Fib SIM 支持主流的FEA软件 1.分析基于真实的纤维方向 2.快速准确的有限元模型的建立 2 快速准确的有限元模型的建立目前常见的复合材料设计和分析流程©20 Confidential 009CAD DLayout Design Details Preliminary Design (PD) 初步设计 SizingIntegrate SizingRefineIntegrate OptimizationManufacturing DetailOptimization StrategyInvestigateOptimizeValidateFEA提供直接的RTM仿真分析接口©20 Confidential 009提供基于真实纤维方向的有限元分析 可以进行准确的孔隙率渗透性分析 提高了树脂流动性仿真分析，更准确地预测干斑的位置，充模时间 和压力场分布自动创建准确的内模面和配合面©20 Confidential 009Automated computation of inside offset surface from tool surface and skin layup definitionOffset strip surface is used as footprint for the spar model生成的内模面可用于梁结构的起始铺敷面根据实际铺层生成内模面(只显示叶片翼根部分)快速地完成铺层设计©20 Confidential 009根据材料的幅宽快速地生成铺层 FiberSIM 下可以快速地实现铺层 搭接包含：对接，定距离的搭接 和特定区域的搭接 铺敷仿真的辅助选项包括： geodesic, steered drape, 等其 他的方法4 inch overlap between plies p 4英寸的铺层搭接无缝地生成准确地平面展开图©20 Confidential 009FiberSIM 自动生成准确的2D平面展开图 提供多种格式的2D展开图导出格式供选择 铺层形状的工艺优化，自动加倒角 自动导出铺层原点，方向线，标识及标注 层 FiberSIM 支持主流的自动下料机，排布 软件和自动铺放设备，无需进行格式转换为设计确认提供灵活的3D和2D文档功能©20 Confidential 009Ply table exported to Excel Excel 格式的铺层表输出3D cross-section with callout in blade tip area 翼尖区域的3D的截面视图提供直接的激光投影仪接口©20 Confidential 009FiberSIM 为激光投影仪提供准确的数 据– 3D的铺层边界，名称，原点，方向等 – 铺放顺序，自动进行厚度偏置®FiberSIM 激光投影仪接口支持主流的 激光投影设备，对各设备提供特定的接 激光投影设备 对各设备提供特定的接 口，无需要第三方进行格式转换 激光投影数据可以重新导入到FiberSIM 进行验证制造工程图和铺层图©20 Confidential 009FiberSIM Fib SIM 可以直接生成工程图 和相关的工艺说明 根据客户的实际需要，生成特 定格式的工程图 FiberSIM 提供灵活的XML格式 数据输出，可以方便在企业内 数据输出 以方便在企业内 部方便地进行数据共享(将来) 自动铺敷系统©20 Confidential 009目前支持的自动铺放设备 -Danobat, MAG Automation, Ingersoll and others 正在完善的CAM接口 -CGTech, SPLM Tecnomatix CGTech Tecnomatix. Possible input from FiberSIM:– – – – Gelcoating g Layup Adhesive application Trimming and finishingFiberSIM带来的优势©20 Confidential 009基于统 数模的完整，详细的复合材料设计流程 基于统一数模的完整 详细的复合材料设计流程 面向制造的设计Design-for-Manufacturing，及早发现并解决制造问 题 支持并行的设计和分析过程.基于真实的纤维方向/铺层过渡区的快速 建模，准确分析一些应力集中区域 建模 准确分析 些应力集中区域 从3D数模到制造数据的无缝链接 开放而灵活的数据组织方式 近20年的在多个行业的应用经验Thank you。
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
复合材料在风力发电上的应用发展[1]
![复合材料在风力发电上的应用发展[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/ebc64f8984868762caaed5c4.png)
装置，能够把强风所产生的转力矩分配到 4 台机载 （PBT），这是一个普遍被使用的热塑性树脂”。
收稿日期: 2005-02-18 作者简介: 本文为本刊与台湾强化塑胶协进会《强化塑胶广用新知》交流转载。
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高科技纤维与应用
第 30 卷
过去，多数风叶片的制造常使用环氧树脂，以致于 无法被回收再利用。这位经理补充说被回收的材料 可再使用作为汽车或电子元件之原料。
支持，风力发电的成本正在下降，现在的价格已
世界上第一个大规模风力设施使用可回收再
平均缩减到 3 美分/(kW·h)（含税费补贴），比煤 利用热塑性塑料的风涡轮叶片已经实行了。爱尔
发电更便宜，与天然气和石油发电者相当。由于 兰 Gaoth Tec Teo 公司与日本长崎的三菱重工业
风力不可控制，并且是间歇性的，因此现在的难 和与美国 Cyclics Corp 签署了合作协议来发展风
Cyclics 公司认为这项新发展将强调对环保有 效益、将持续获得可用的风能并且将改进工作场 所的安全性。Cyclics 公司欧洲的总经理 Roman Eder 说：使用 Cyclics 公司树脂的涡轮叶片对于 目前的制程方式有重大改善，包括减低系统负 荷、制程更快速和更安全、增加的叶片性能和可 再回收利用；在初期阶段的项目中将利用 Gaoth 技术制造业设计制造一系列的 12.6 m 风涡轮叶 片 。 而 Gaoth Tec Joint 的 总 经 理 Conchur O Bradaigh 博士说：我们极看好热塑性树脂的综合 风涡轮叶片在全球风涡轮市场的潜力正迅速增 长，对节省成本与环保有极大效益。
在风叶片的设计里，叶片质量并非是取决成
本的重要要素。在电力输送方面，整个成本大部 分是在于叶片与机具架设的部分，所以风叶片设 计的重心主要是着重于风叶片装设区域的重力与 下垂－弯曲部分；而文献[4]中报导关于玻璃纤维圆 杆材料被碳纤维有选择性的替换的一项研究报 告。当碳纤维被加入作为补强材料后，由于其本 身可使得整体质量有效的降低，因而令机台所需 承载的风叶片衔接处所需承受的压力较小，且叶 片强度与耐用程度亦有提升趋势，文献中亦指出 其参数分析结果，并且显示了每个使用碳纤维单 位，风叶片所可改善的情形程度。 2.2 力学性能
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Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｆ Ｔｅ ｔｌ ｍ ｐｏ ｉｅ Ｍ ａ ｅ ｉ ｌｉ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｘ ｉｅ Ｃｏ ｓｔ ｔ ｒ ａ ｎ Ｍ ａ ｆ ｃ ｕ ｉ ｇ Ｗ ｉ ｄ Ｔｕｒ ｉ ａ ｅ ｎｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｎ ｂ ｎｅ Ｂｌ ｄ
Ｘｕ Ｊ ｎ Ｚｈ ｎ ｅ Ｌｉ ｎ ｑ ｎ ｉ ａ ｇＷ ｉ ｎ Ｈｏ ｇ ｉ
玻 混 杂复 合 材 料 的性 能 和 在 制 造 风 力发 电机 叶 片时 的 优缺 点 ， 合 叶 片 复合 材 料 中 用于 增 强 纺 织 纤 维 基 布 的 结 结
构设 计 特 点 ， 为纬 编 轴 向 织 物 的结 构 具 有 更 好 的 可戍 形 性 ， 玻 璃 纤 维 、 纤 维 、 米 碳 纤 维 、 回 收 的 热 塑 认 ｓ级 碳 纳 可
Ｋ ｅ ｏｒ ｓ Ｔｅ ｔｌ ｍｐ ｓｔ ａｅ ｉｌ Ｗ ｉ ｄ Ｔｕｒ ｎ Ｂｌｄｅ， ａ ｓ Ｆｉｅ Ｃａｂｏ ｂ ｒ， ｉｌＦａ ｒｃ ｙＷ ｄ ｘ ｉ Ｃｏ ｏ ｉｅ Ｍ ｔ ｒａ ， ｎ ｂｉｅ， ａ ｅ Ｇｌｓ ｂ ｒ， ｒ ｎ Ｆｉ ｅ Ａｘａ ｂ ｉ
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 《国 际 能 源 展 望 ２ ０ ） 计 ，０ ５年 全 世界 的用 电量 将 达 到 ２ ２ ０６ 预 ） ２１ ．
性树 脂复 合 材 料将 成 为 风 力发 电机 叶 片 复合 材 料 的 首 选 材 料 。
关 键 词 ： 纺 织 复合 材 料 ； 力 发 电 机 ； 片 ； 璃 纤 维 ； 纤 维 ； 向 织 物 风 叶 玻 碳 轴
中图分类号 ：Ｓ０． Ｔ１６６
文献标 志码 ： Ｂ
文章 编号 ： ０ — １ｌ００ ０－ ２ － １ １ ４５ ２１）５ ０２ ３ ０ ７ ０ ０
Ｐ 到 ２３ Ｗ， ０ ０年将达 到 ３ ０Ｐ ． Ｗ。 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 ， 时 在 全 球 能 源 日益 紧 缺 的 大 环 同
场 。根 据资料 报道 ， ２ ２ 到 ０ ０年 ， 国将 投 资 ２０ ０ 我 ０ 亿人 民 币用 于风 力发 电建设 ， 增 风 力发 电能力 新
择 织技
Ｃｏｔ ｘ ｉ ｔ Ｔｅ ｔｌ Ｔｅｃ ｏｌ ｏｎ ｅ ｈｎ ｏｇｙ
ห้องสมุดไป่ตู้
第 ３ ８卷
第 ５期
２１ ０ ０年 ５月
纺 织 复合 材料 在 风力 发 电机 叶 片制 造 中的 应用
徐 进 张 伟 林 洪 芹
（ 城工 学 院 ） 盐
摘 要 ： 综述纺织复合材料在风力发电机 叶片制造 中的应用及发展前景 。通过 分析玻 璃纤维、 纤维、 碳 碳
ａ ｉｌｆ ｂ ｉ ｉ ｅｔｒｆｒｉｓｓｒ ｔｒ Ｓ ｇａ ｅ ｇａ ｓｆｂｅ ｃ ｒ ｎ ｆｂｅ ｎ ｎ ａｂｏ ｂ ｒ，ｅ ｙ ｌ ｈ ｒ ｐａ ｔ ｉｙ ｃ ｍｐｏ — ｘａ ａ ｒｃ ｓｂ ｔｅ ｏ ｔ ｔｕｃｕ ｅ， ｒ ｄ ｌｓ ｉ ｒ， ａｂｏ ｉ ｒ， ａ ｏ ｃ ｒ ｎ ｆ ｅ ｒ ｃ ｃｅｔ ｅ ｍｏ ｌｓｉ ｔ ｏ ｉ ｅ ｓ ｉｅ ｍａｅ ｉｌｗｉｌｂ ｅｅｒ ｄ ｍａｅ ｉｌｏ ｎｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｂａ ｅ． ｔ ｔｒａ ｌ ｅ ｐｒｆ ｒｅ ｔｒａ ｆｗｉ ｕ ｂ ｎ ｌｄ
（ ｎ ｈ ｎ ｎ ｔｕｅｏ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｙａ ｅ ｅ ｇＩ ｓ ｔｔ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ ） ｉ
Ａ ｂ ｔａｃ Ａｐ ｉａ ｉｎ ｎ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｒｇ ｏ ｎｄ ｆｔｘ ｉ ｃ ｍｐｏ ｉｅ ｓｒ ｔ ｐｌ ｔｏ ａ ｄ ｄｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｏ ｅ ｒ ｕ ｏ ｅ ｔｌ ｏ ｃ ｅ ｓｔ ｍａｅ ｉｌｉ ｎｕａ ｔ ｉｇ ｗｉｄ ｕ ｂｉｅ ｔｒａ ｎ ｍａ ｆｃｕｒｎ ｎ ｔｒ ｎ
将达 ３０ ０ＭＷ ， ０ 并要求 风力发 电装备本 土化 。这 无疑 为我 国纺织复合 材料 叶片 的开发研 制提供 了
一
个 不可多 得的发展 机遇 。
境下， 一种取 之不尽 、 用之不 竭 的清洁可再 生能 源
一 一
１ 叶 片 复合 材 料 的 应 用和 发 展
复 合材料 是 以一 种材 料 为 基体 ， 另一 种材 料 为增强 体组成 的材料 。各种 材料 在性能上互 相取
ｂ ａ ｅ ｗｅ ｅ ｓ ｌ ｄ ｒ ｕｍｍａｉｅ ｒｚ ｄ． Ｐｒｐｅｔ ｆｇａ ｓｆｂ ｒ ｃ ｒ ｏ ｂ ｒ ｃ ｒ ｏ ｌｓ ｌｎ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔ ａｅｉ ｌａ ｄ ａ ｖ ｎｔｇ ｓ＆ ｏ ｒｙ ｏ ｌｓ ｅ ， ａ ｂ ｎ ｆ ｅ ， ａｂ ｎ ｇａ ｓ ｂｅ ｄｅ ｏ ｏ ｉ ｍ ｔ ｒａ ｎ ｄ ａ ａ ｅ ｉ ｉ ｅ ｄｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｍａ ｕａ ｔ ｉｇ ｗｉｄ ｔｒ ｉ ｅ ｂ ａ ｅ ｗｅ ｅ ｔｓｅ ａ ｃ ｒ ｎ ｏ ｓｒ ｔ ｒ ｎ ｅ ｉｎ ｐ ｏ ｅ ｆｔｘ ｉｅｆｂ ｒ ｓ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｉ ｎ ｆｃｕｒｎ ｎ ｕ ｂ ｎ ｌ ｄ ｒ ｅ ｔｄ， ｃ ｏｄｉｇ ｔ ｔｕｃｕ ｅ ａ ｄ ｄ ｓｇ ｒ ｐ ￣ｙ ｏ ｅ ｔｌ ｅ ｉ ｂａ ｅ ｃｏｈ ｉ ｌ ｄ ｏ ｓ ｌｔ ｎ ｂ ａ ｅｃ ｍｐｏ ｉｅｍａｅ ｉｌｗｈｃ ｓｕｓ ｄ ｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｓｒ ｎ ｔ ｉ ｉ ｏ ｓｄｅｅ ｈａ ｈ ｐ ａ ｉｉｙｏ ｆ ｎ ｔｉｇ ｓｔ ｔｒａ ｉｈ ｉ ｅ ｏ ｉｃ ｅ ｓ ｔｅ ｇ ｈ，ｔ ｓｃ ｎ ｉ ｒ ｄ ｔ ｔｓ ａ ｅ ｂ ｌ ｆｗｅ ｔｋ ｉｔｎ ｔ