非线性叶片部件屈曲分析-北极星风力发电网

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2020年10月14日，三一重能股份有限公司叶片所所长张敬德在2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）上发表了关于“非线性叶片部件屈曲分析”主题演讲。

以下为发言实录：

张敬德：今天分享的题目是非线性叶片部件的屈曲分析。汇报内容涉及到四个部分。第一，背景意义。第二，分析方法介绍。第三，数值计算这方面的工作。第四，利用数值的访问平台，后续有哪些工作可以继续改善，当然数值要进行一些物理实验的标定来提高叶片的可靠性。

首先讲一下部件试验与全尺寸叶片的试验关系，全尺寸叶片的试验，我们很清晰的测试到叶片的重量，包括我们静态过程中整体的劳动分布，通过试验可以测到极限承载力，验证完了之后做一些破坏性的实验，包括疲劳极限的实验，叶片部件的实验是选取某个部委，可以研究某个位置的极限承载能力，承载是可控的，重要的是重复性比较强。

根据叶片发展的趋势与新材料使用来看，新材料体系的应用，包括拉挤材料的使用，还有重工叶片的延长，用部件实验去验证和仿真都是非常好研发的手段。叶片生产容差与缺陷，缺陷是无处不在的，缺陷的一个合理评估，如何避免过度维修，还有验证修复可靠性，部件试验是合理的一个选择，比如纤维弯曲，结构胶缺失，气泡，宽度不足等等。现在比较通用的就是尾缘区试验，尾缘UD布铺设角度变化大，还有缺陷的问题、集合形状变化大，今天下午做的仿真也是针对尾缘区做的仿真。

数值仿真与物理试验的关系，物理试验可以是有限的去做，但是数值仿真可以无限制的去做，可以在数值中进行一个仿真和提高，然后再到仿真去验证。

下面是非线性的分析方法，有限模型的准备，这一部分计算，大家通用的是后屈曲分析，还有就是用显式和隐式来做，隐性会带来很多问题，主要是不收敛的问题。下一部分做的数值仿真的一些工作，这个模型是全尺寸模型相对比较简单，我们做一个部件实验，研究尾原的受压之后抵抗屈曲的能力，再把它放大，这是宏观模型的展示，因为是关于尾缘这块的性能，腹板这块是壳单元，这是我们整个模型的特点，这是一个结果，对于加载之后的类型，这是最终结果的展示，是加载的约束条件，整个加载里程之后的卫星变化，因为是一个显示算法，在整个微载荷之间关系上有振动。上一个片子当中，因为是基于整体的形变，看不出接触来，所以我们来看接触了两面单元，一个来看结构，这样就比较清楚了，在这个过程中，在结构失效的过程中，内腔已经接触了，整个设计是显示计算，无引入结构胶失效模型，当达到一定条件是为了载荷，无论卫星怎么变化，出现了一个平台期，当然这是后续的工作，我们来研究它，目前来讲我们可以更多关注结构胶，通过这样一个计算，整个模型是可以预测整体的抵抗的能力，因为是整体的一个载荷，当然尾缘屈曲失效形式有两种，一个是结构胶失效，再引发弦性断裂，在我们研究的位置是先结构胶失效，再进行尾缘断裂。

目前这个模型已经搭建了仿真平台，后续工作比较多，要完成开展后续的物理试验，提升我们数值仿真的验证能力。引入结构胶的失效模型来看，除了平台期之外，我们还是希望能得到失效之后载荷下降的这一块，结构胶的失效模型也是未来一个探讨。在我们建了数值仿真平台之后，可以对一些安全因子做探讨，因为现在的2015屈曲对于非线性来说比较低，但是是否可以再降低它的安全因子还需要再做工作，另外我们知道有结构胶的缺陷，会引发怎样的一个失效都是值得探讨的，如果是这样，我们将要引入FRP渐进失效，可能也是下一步的工作，谢谢大家。

（根据速记整理，未经本人审核）

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非线性叶片部件屈曲分析

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