大型風電葉片結構設計方法研究.pdf

1、風能作為綠色可再生能源，已受到世界各國的廣泛重視。葉片作為風電機組的核心部件，其設計理論和制造技術被視為風電機組研發(fā)的關鍵。目前，國內有關葉片結構設計研究仍然面臨巨大挑戰(zhàn)，深入開展相關基礎理論與技術研究，對盡快掌握風電機組核心技術，提高自主創(chuàng)新能力具有重要意義。在此背景下，論文針對風電葉片結構設計方法及其關鍵技術展開研究。
　　 基于現(xiàn)有風電葉片設計基礎理論，論文分析了葉片氣動參數(shù)、結構參數(shù)的構成，探討了相關坐標系的定義以及氣動

2、設計的常用方法。通過風電葉片構造分析，比較了強主梁葉片和弱主梁葉片的構造特點，分析了不同葉片承載結構的設計區(qū)別。研究了復合材料經典層合板強度理論、基于梁理論的等代設計方法在葉片承載結構設計中的應用。
　　 論文基于風特性的分析，給出了一種用于小尺度條件下風速、風向和湍流強度計算的脈動風工程計算模型，該模型可用于隨機氣動載荷的計算分析。對主要載荷計算方法、風況描述模型和機組運行狀態(tài)進行探討，分析了機組運行狀態(tài)與外部風況的組合條件，

3、確定了載荷計算所需最少設計工況。研究了風電葉片載荷時序仿真計算方法，采用統(tǒng)計外推法及Gumbel分布模型對含有隨機成分的最大載荷進行統(tǒng)計分析，給出了葉片極限載荷計算方法。
　　 綜合運用復合材料經典層合板理論、基于梁理論的等代設計方法，建立了葉片主要承載結構設計方法，并編制驗證程序，進行實例計算，驗證了方法的有效性。計算結果表明，采用復合材料經典層合板理論設計葉片結構鋪層和采用基于梁理論的等代方法計算葉片層合板厚度都是可行的。通

4、過對比分析，基于梁理論的等代設計方法更為簡便，可為復合材料鋪層計算提供依據(jù)，其中采用剛度條件的設計結果更為接近實際葉片，說明剛度在大型風電葉片結構設計中是關鍵約束。
　　 針對以往葉片氣動與結構獨立設計的問題，論文分析了厚度、實度和扭角等參數(shù)對葉片氣動和結構性能的綜合影響，給出了翼型沿葉片展向合理分布的氣動結構平衡設計方法。該方法提出結構系數(shù)κ的概念，將大型風電葉片分為側重結構強度的內圈與側重氣動性能的外圈，內圈采用鈍后緣翼型以