应用解析法和有限元法求解了构件受拉压、弯曲、扭转三种基本变形的应力和强度比,并进行了结果的比较分析;采用ANSYS的APDL语言,建立了2MW水平轴风力机复合材料叶片的有限元模型,分析了叶片的模态和静力特性。结果表明应用有限元分析的几何建模,铺层定义,约束以及载荷定义均正确,固有频率、应力和位移的数值结果具有可靠性;当重力作用时,最大位移发生在叶尖处,最大应力位于翼型与叶根的连接处;受风载时,研究了具有竖直向上,向下,水平方向的叶片,最大位移和应力值不同但前者均发生在叶片的尖端,后者均位于叶片中部。

随着风力机的大型化发展,风电机组噪声对环境的影响不容忽视,必须对风力机气动噪声进行预测和控制。选取基于NACA、DU翼型的某风力机叶片作为研究对象,采用修正BPM半经验模型计算叶片的气动噪声特性,通过改变翼型族、弦长、机组运行状态、风切变指数、来流风向参数,研究叶片外形几何参数、机组运行工况对叶片气动噪声源的影响。计算结果从多个角度总结出水平轴风力机叶片气动噪声的变化规律,为开发高效低噪风电叶片提供参考。

针对目前兆瓦级风力机叶片噪声污染问题,基于动量叶素理论及叶片噪声计算模型,提出在给定工况条件下,以功率系数与噪声的最大比值为目标函数,以影响叶片气动噪声性能的弦长及扭角为设计变量,建立了低噪声风力机叶片优化设计数学模型。对某实际2.3MW风力机叶片进行优化设计,并与噪声实验数据对比,结果表明:在主要频率域范围内,叶片噪声预测值与实验数据较吻合;相比原叶片,新叶片具有更低的噪声特性,噪声声压级降低了约7.1%,同时风轮功率系数略有增大,从而验证了该设计方法的可行性。

以小型水平轴风力机为研究对象,基于三维数字散斑相关法(3D-DSCM,3D digital speckle correlation method)对风力机叶片进行了切应变测量.试验主要解决了风力机叶片在高速旋转和高频振动下叶片表面微小形变产生应变难以测量的问题;试验采用高帧率数字散斑法,利用帧率为340帧的相机连续采集叶片运动照片,能得到0.0029 s内叶片位移变化情况,通过位移变化可计算出其应变.测量可靠性高结果表明叶片结构应变集中区域为距离叶根半径0.7 R处,其应变值超过其他位置9.5%~19.3%;随着离心力载荷、气动力载荷增大,叶片应变都增大,而离心力载荷是引起叶片应变增大的主要因素;叶轮发生共振时,共振策动效应使叶片产生交变应变,其交变循环规律恶化、应变幅值成倍增加;另外,共振策动力在叶根部位产生振源效应,引起叶片应变沿弦展方向逐渐增大.

为减少风力机叶片在额定工况下的叶尖形变量,提高叶片抗弯性能,增加机组安全性,借鉴工字梁理论对风力机叶片腹板进行加强,以某1.5 MW风力机叶片腹板为研究对象,建立了一种工字梁腹板结构,共计6组,并与原叶片在相同的力学模型下进行对比。使用APDL软件进行了叶片的模态分析及静力学分析,比较了原叶片与工字梁叶片的模态振型、振动频率及叶尖最大位移等力学性能。模态分析表明,工字梁腹板叶片比原叶片的一阶位移下降了3.34%,一阶频率降低了3.24%,总

基于复合材料力学Tsai-Hill屈服准则推导平面应力条件下复合型裂纹尖端的塑性区。应用热耗散能量理论和ANSYS的热力耦合方法计算塑性区0°与45°开裂角玻璃纤维复合材料的热传导温度场。结果表明：0°与45°开裂角的裂纹温度变化趋势一致;0°开裂角裂纹数值与解析计算结果对比误差在5%内,可以对各向异性复合材料预制微裂纹进行温度场模拟分析计算;45°开裂角裂纹对玻璃纤维复合材料的温度场影响大,得出开裂角越大对复合材料的温度场影响越大。

多频简谐激励调制是一种无损检测方法,采用低频振动信号和高频超声波信号在裂纹损伤处的非线性调制来检测损伤.以1 kW风力机叶片为实验对象,研究了多频简谐激励调制下,叶片裂纹位置和长度对结构非线性动力学响应特性的影响规律.研究结果发现,含裂纹损伤的风机叶片会出现明显的非线性调制现象,且随着裂纹长度的增加、以及裂纹位置距叶根越远,非线性调制现象明显增强.实验验证了该方法用于风机叶片早期裂纹损伤检测的可行性.

在保证定雷诺数和定风速的情况下,通过FLUENT软件分别模拟了不同攻角下二维翼型NACA4412的绕流流场,得到了翼型的表面压力分布、速度分布以及升、阻力系数,从而确定了最佳攻角。

随着我国的气候的变化，初步探讨极端天气下风力机叶片的性能变化对提高风力机的可靠性具有一定的指导意义。选取750kW风力机叶片为研究对象，叶片材料选用碳纤维，在ANASYSWorkbench中模拟极端高温下风力机叶片性能的变化。研究结果表明：碳纤维叶片极端高温下的等效应力、等效应变和位移和8月份平均最高温度下的相比分别增加了175％、180．7％和125．6％。这一结论将使在以后的叶片设计和生产中，积极考虑极端高温因素的影响。

针对复杂构形的复合材料风力机叶片内部结构采用新设计的2MW风力机叶片基于等代设计法对其进行复合材料初始铺层设计;建立完整的叶片有限元参数化模型;基于修正的动量叶素理论提出一种适用于叶片结构设计与优化的新的流固耦合方法;建立叶片优化数学模型以叶片质量最小为优化目标以层合板厚度、主梁位置等作为优化设计变量采用粒子群算法与有限元法结合的策略对复合材料风力机叶片进行优化设计.优化结果表明相比初始叶片优化后的叶片质量有了较大的减少而且以优化设计方案二（叶片主梁位置可变作为优化设计变量之一）的结果尤为明显.该研究对于风力机叶片结构设计及优化具有重要的指导意义使风力机翼型、叶片及结构参数化一体化设计成为可能.