一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法技术

本发明专利技术提供一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法，包括：构建风电叶片的壳单元模型，根据设计载荷对所述壳单元模型的最大挥舞方向进行加载，并通过有限元软件获取叶片整体结构的应变分布，提取主梁的第一应变分布；构建主梁倒角区域的实体模型，并基于动力约束与所述壳单元模型进行耦合，获取耦合模型；根据所述设计载荷对所述耦合模型的最大挥舞方向进行加载，获取主梁的第二应变分布；根据所述第二应变分布，获取基于叶片挥舞方向的等效疲劳载荷，根据所述等效疲劳载荷，计算主梁可使用次数和安全系数。本发明专利技术能够对主梁的疲劳寿命进行更为精准的校核，且减少了计算量，提升了计算效率。了计算效率。了计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法。

技术介绍

[0002]随着风电叶片长度越来越长，叶片的减重也日益受到重视，采用拉挤工艺制备环氧树脂拉挤板替代传统真空灌注工艺制备叶片主梁成为风电叶片制造的新趋势。而现有技术中通常采用有限元静态分析方法，对风电叶片壳模型进行屈曲及纤维失效分析。
[0003]但是现有技术在计算和分析的过程中都是使用壳模型，对于采用拉挤板材作为主梁的叶片，主梁的倒角难以在模型中得到体现，导致分析计算得到的结果的精度难以保证，且主梁的倒角区域通常是主梁本身乃至叶片的薄弱点，因此，采用壳模型对拉挤板材叶片主梁进行校核时风险较大。此外，由于风电叶片结构复杂，实体模型难以模拟真实铺层结构，且实体模型计算量较大，计算效率较低。
[0004]因此，亟需一种能够对叶片拉挤板材主梁进行精准校核，并提升计算效率的校核方法。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法。
[0006]一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法，包括以下步骤：构建风电叶片的壳单元模型，根据设计载荷对所述壳单元模型的最大挥舞方向进行加载，并通过有限元软件获取叶片整体结构的应变分布，提取主梁的第一应变分布；构建主梁倒角区域的实体模型，并基于动力约束与所述壳单元模型进行耦合，获取耦合模型；根据所述设计载荷对所述耦合模型的最大挥舞方向进行加载，获取主梁的第二应变分布；根据所述第二应变分布，获取基于叶片挥舞方向的等效疲劳载荷，根据所述等效疲劳载荷，计算主梁可使用次数和安全系数。
[0007]在其中一个实施例中，所述主梁结束位置处存在1:100的倒角。
[0008]在其中一个实施例中，所述壳单元模型与所述实体模型之间的链接采用动力耦合约束，所述实体模型采用8节点6面体进行离散。
[0009]在其中一个实施例中，所述根据所述设计载荷对所述耦合模型的最大挥舞方向进行加载，获取主梁的第二应变分布之后，还包括：通过静载试验，在主梁倒角结束位置的内外表面粘贴应变片，在静力加载中，根据所述应变片监测主梁的实测应变；根据所述实测应变对比所述第一应变分布和第二应变分布，验证所述耦合模型的有效性。
[0010]在其中一个实施例中，所述根据所述第二应变分布，获取基于叶片挥舞方向的等效疲劳载荷，根据所述等效疲劳载荷，计算主梁可使用次数和安全系数，包括：
[0011]根据所述第二应变分布，获取基于叶片挥舞方向的等效疲劳载荷，根据所述等效
疲劳载荷计算所述主梁可使用次数，公式为：
[0012][0013]其中：
[0014][0015][0016]式中，S
k,M
为材料主方向应力的均值，在采用等效疲劳载荷时，其值为0，S
k,A
为材料主方向应力的幅值，R
k,t
、R
k,c
为材料拉压方向的强度特征值，m＝10为环氧树脂基体层合板的S
‑
N曲线斜率参数，γ
M0
＝1.35，C
1a
为老化影响，C
2a
为温度效应，C
3a
为采用树脂灌输生产的层压板，C
4a
为二次固化后的层压板，C
2b
为温度效应，C
3b
为单向布，C
4b
为二次固化后的层压板，C
5b
为叶片后缘；
[0017]根据所述主梁可使用次数，计算所述安全系数，公式为：
[0018][0019]式中，S
f
为主梁安全系数，N为主梁可使用次数，M为等效疲劳载荷对应的叶片挥舞次数。
[0020]在其中一个实施例中，所述根据所述第二应变分布，获取基于叶片挥舞方向的等效疲劳载荷，根据所述等效疲劳载荷，计算主梁可使用次数和安全系数之后，还包括：根据所述主梁可使用次数和安全系数，在主梁结束位置处铺设补强布。
[0021]相比于现有技术，本专利技术的优点及有益效果在于：本专利技术能够通过构建风电叶片的壳单元模型，并根据设计载荷对壳单元模型的最大挥舞方向进行加载，通过有限元软件计算获取叶片整体结构的应变分布，得到主梁的第一应变分布，构建主梁倒角区域的实体模型，并基于动力约束与壳单元模型进行耦合，得到耦合模型，避免了对主梁整体的实体计算，减少了计算量，提升了计算效率，也使得耦合模型与真实应力更吻合，根据设计载荷对耦合模型的最大挥舞方向进行加载，获取主梁的第二应变分布，根据第二应变分布，获取基于叶片挥舞方向的等效疲劳载荷，并计算出主梁可使用次数和安全系数，通过耦合模型计算得到的疲劳寿命具有更高的精确度，从而提升了主梁校核结果的精准度。
附图说明
[0022]图1为一个实施例中一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法的流程示意图；
[0023]图2为一个实施例中主梁结束位置处的应力集中效应示意图；
[0024]图3为一个实施例中耦合模型的离散效果示意图；
[0025]图4为一个实施例中实测应变与壳单元模型应变和耦合模型应变的对比示意图；
[0026]图5为一个实施例中壳单元模型应变与实测应变、耦合模型应变与实测应变的偏差对比示意图。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]在一个实施例中，如图1所示，提供了一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法，包括以下步骤：
[0029]步骤S101，构建风电叶片的壳单元模型，根据设计载荷对壳单元模型的最大挥舞方向进行加载，并通过有限元软件获取叶片整体结构的应变分布，提取主梁的第一应变分布。
[0030]具体地，通过FOCUS软件构建风电叶片的壳单元模型，并根据设计载荷对壳单元模型进行最大挥舞方向的加载，采用有限元软件计算出叶片整体结构的应变分布情况，并提取出叶片主梁部分的第一应变分布，如图2所示，该主梁的最大应变约为5100个微应变，出现在板材结束位置，而该位置的前后，单元应变约为3000个微应变，明显存在应力集中，其主要原因是壳单元模型在该处存在厚度方向的台阶，而该台阶会引起应力集中。
[0031]其中，拉挤板材主梁结束位置存在1:100的倒角。
[0032]具体地，在实际情况中，为了多层板材拼装时平滑过渡，拼装时需要对每层板材进行切割后倒角，因此，风电叶片拉挤板材的主梁结束位置存在1:100的倒角。
[0033]步骤S102，构建主梁倒角区域的实体模型，并基于动力约束与壳单元模型进行耦合，获取耦合模型。
[0034]具体地，由于主梁结束位置处存在的倒角，可知壳单元模型并不能真实的模拟主梁倒角区域的应力分布，其计算结果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法，其特征在于，包括以下步骤：构建风电叶片的壳单元模型，根据设计载荷对所述壳单元模型的最大挥舞方向进行加载，并通过有限元软件获取叶片整体结构的应变分布，提取主梁的第一应变分布；构建主梁倒角区域的实体模型，并基于动力约束与所述壳单元模型进行耦合，获取耦合模型；根据所述设计载荷对所述耦合模型的最大挥舞方向进行加载，获取主梁的第二应变分布；根据所述第二应变分布，获取基于叶片挥舞方向的等效疲劳载荷，根据所述等效疲劳载荷，计算主梁可使用次数和安全系数。2.根据权利要求1所述的一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法，其特征在于，所述主梁结束位置处存在1:100的倒角。3.根据权利要求1所述的一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法，其特征在于，所述壳单元模型与所述实体模型之间的链接采用动力耦合约束，所述实体模型采用8节点6面体进行离散。4.根据权利要求1所述的一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法，其特征在于，所述根据所述设计载荷对所述耦合模型的最大挥舞方向进行加载，获取主梁的第二应变分布之后，还包括：通过静载试验，在主梁倒角结束位置的内外表面粘贴应变片，在静力加载中，根据所述应变片监测主梁的实测应变；根据所述实测应变对比所述第一应变分布和第二应变分布，验证所述耦合模型的有效性。5.根据权利要求1所述的一种风电叶片拉挤板材主梁的应力校核方法，其特征在于，所述根据所述第二应变分布，获取基于叶片挥舞方向的等效疲劳载荷，根据所述等效疲劳载荷，计算主梁可使用次数和安全系数，包括：根据所述第二应变分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐雪，王振刚，蒋传鸿，汪建，李晓，戴远钘，唐勇，
申请(专利权)人：吉林重通成飞新材料股份公司，
类型：发明
国别省市：