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大型风力机叶片结构的有限元数值计算方法的研究

周庆丰  
【摘要】: 夹层结构作为一种复合材料结构,由于其优越的材料性能,被广泛应用于航空航天、船舶制造、列车机车、体育运动器材、医用设备配件等领域。近年来,在风力机叶片中大量使用一种特殊的复合材料结构—矩形填充多孔材料夹层结构,因此,在叶片结构数值分析中对其数值计算方法的研究显得十分必要。 本文以矩形填充多孔材料夹层结构作为研究对象,对夹芯层泊松比等效力学参数、夹层结构实体模型和等效模型以及风力机叶片结构的数值分析等方面进行了研究。 针对矩形填充多孔材料夹芯层的特点,借鉴十字填充模型的分析方法,假设夹芯层等效体受单向应力,通过力学分析推导出矩形填充多孔材料夹芯层泊松比等效力学参数。 本文从矩形填充多孔材料夹层结构的实际特点出发,将夹层结构表层面板和矩形填充多孔材料夹芯层都等效成正交各向异性复合材料,并且将矩形填充多孔材料夹芯层完整的等效力学参数作为夹层结构等效模型有限元数值分析时的输入参数,通过有限元数值分析,比较夹层结构等效模型与实体模型在相同外载、边界条件下的应力分布,位移变形量,固有频率。 最后将夹层结构等效模型计算方法应用到风力机叶片蒙皮中,采用ANSYS有限元软件,计算给定载荷作用下的叶片固有频率,应力分布以及位移变形量,验证了夹层结构等效模型计算方法在风力机叶片结构中应用的可行性和合理性。


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