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大型复合材料风电叶片整体刚度分析方法①靳交通1彭超义2冯学斌1曾竟成2（1.株洲时代新材料科技股份有限公司，株洲412007；2.国防科学技术大学，长沙410073）摘要通过大型通用三维设计软件PROE建立了兆瓦级风电叶片三维模型，将所建立的三维模型导入到通用有限元分析软件ANSYS中进行有限元分析。
采用壳单元shell181模拟风电叶片复合材料特性，进行模态分析和静力分析。
模态分析与静力分析均表明，风电叶片在摆振和挥舞两个方向上的一阶固有频率以及挠度的分析结果与实测结果吻合良好，验证了本文有限元分析方法的可靠性。
本文分析方法缩短了建模时间，提高了工作效率，对工程上叶片结构分析与校核及新产品开发具有一定的指导意义。
关键词复合材料；风电叶片；有限元；模态；刚度复合材料叶片是风机设备中将风能转化为机械能的关键部件［1］。
目前，叶片尺寸正在朝着大型化的方向发展，而其结构性能试验的成本也随之增加，因此，发展一种有效的结构计算分析方法对于减少试验成本以及缩短新产品开发周期具有重要意义。
随着计算机技术的发展，有限元法在结构分析中得到了广泛的应用。
ANSYS是一款著名的商业化大型通用有限元分析软件，具有强大的有限元建模和结构分析功能，适用于复合材料叶片应力、变形、频率、屈曲、疲劳及强度分析等［2］。
鉴于大型复合材料材料叶片结构的特殊性，例如：①形状不规则（每个截面都不同）；②铺层复杂，过渡层很多；③大量夹层结构（“三明治”结构）；④大量黏结区域，复合材料风电叶片有限元建模是叶片结构有限元分析中的一大难题，而单元类型的选择又决定着建立有限元模型的难易。
目前，复合材料风电叶片有限元模型在单元的选择上有壳单元（如Shell99、Shell181）和实体单元（如Solid46）。
选择实体单元，虽然能提高有限元的计算精度，但是建立叶片的有限元模型会花费大量的工作时间，且很难定义单元坐标，在工程应用上不太方便；选择壳单元，可以方便地设置和修改铺层厚度，单元坐标的设置容易实现，建模和计算时间比采用实体单元少，这极大地提高了工作效率，而且其计算精度也可以满足工程需要。
大型风电叶片模态试验与分析何维令发布时间：2021-08-30T03:57:45.609Z 来源：《河南电力》2021年4期作者：何维令石宇峰卓锡鑫魏煜锋[导读] 为得到大型风电机组叶片的动力学参数，以76.6m海上风电叶片为试验对象，首先用高强度螺栓将其固定在实验台上，采用锤击法进行模态试验，然后分别以时域EAR和频域PolyLSCF模态参数识别算法提取叶片的固有频率、阻尼比、振型等模态参数，最后对比两种识别算法结果以及数值模拟结果，发现各阶模态误差均在7%以内，误差在能接受范围内，满足工程要求，从而验证了试验方法的准确性和可靠性。
（明阳智慧能源集团股份公司风能研究院广东中山 528437）摘要：为得到大型风电机组叶片的动力学参数，以76.6m海上风电叶片为试验对象，首先用高强度螺栓将其固定在实验台上，采用锤击法进行模态试验，然后分别以时域EAR和频域PolyLSCF模态参数识别算法提取叶片的固有频率、阻尼比、振型等模态参数，最后对比两种识别算法结果以及数值模拟结果，发现各阶模态误差均在7%以内，误差在能接受范围内，满足工程要求，从而验证了试验方法的准确性和可靠性。
关键词：风电叶片；模态试验；ERA；PolyLSCF；参数识别Modal Test and Analysis of Large Wind Turbine BladeHE Wei-ling，SHI Yu-feng，ZHUO Xi-xin，WEI Yu-feng（Wind Energy Institute，Mingyang Smart Energy Group Co. Ltd，Zhongshan 528437，Guangdong China）Abstract：In order to obtain the dynamic parameters of large-scale wind turbine blades，the 76.6m offshore wind turbine blade was used as the test object. Firstly，the high-strength bolts were used to fix it on the test bench，and the modal test was carried out by the hammering method，and then used the time domain EAR and the frequency domain PolyLSCF modal parameter recognition algorithm extracts the natural frequency，damping ratio，mode shape parameters of the blade. Finally，comparing the results of the two recognition algorithms and the numerical simulation results，it was found that the modal errors of each order are all within 7%，within the acceptable range，fulfil the engineering requirements，thus verifying the accuracy and reliability of the test method.Key words：Wind turbine blade；Modal test；EAR；PolyLSCF；Parameter identification随着风电装机容量的迅猛增长和单机容量的不断增大，对风电设备的安全可靠性、运行稳定性的要求逐渐提高[1]。
高原型风力发电风轮叶片的静态与动态刚度分析风力发电作为可再生能源领域的重要组成部分，近年来得到了广泛的关注和应用。
在高原地区，由于海拔的增加以及气压的降低，风速相对较大，这使得高原地区成为理想的风力发电场所。
然而，由于高原地区的特殊气候和地貌条件，高原型风力发电机组面临着一些独特的挑战。
其中一个关键问题是风轮叶片的静态与动态刚度。
静态刚度是指风轮叶片在受到外部力作用时的抵抗变形的能力。
对于高原地区的风力发电机组来说，静态刚度的分析至关重要。
首先，由于海拔的增加，高原地区的气压较低，风轮叶片面临的气压载荷较大。
其次，高原地区常年风力较强，风轮叶片需要具备足够的刚度来抵抗风压力。
因此，风轮叶片的静态刚度需要在设计阶段进行准确分析。
动态刚度则指风力发电机组在运行过程中受到扭转和振动等动态力反馈时的抵抗变形的能力。
动态刚度的分析与静态刚度类似，同样在高原地区的风力发电机组设计中具有重要作用。
高原地区的风力较强，而气压较低，这使得风轮叶片在运行过程中容易受到扭转和振动的影响。
因此，风轮叶片的动态刚度需要进行准确的分析，以保证风力发电机组的正常运行和安全性。
为了分析高原型风力发电风轮叶片的静态和动态刚度，首先需要对风轮叶片的结构进行建模。
一般来说，风轮叶片由复合材料制成，具有轻量化和高刚度的特点。
在建模过程中，可以采用有限元方法，将叶片划分为小的单元，并对每个单元的刚性进行描述。
通过数值计算，可以得到风轮叶片的整体刚度和变形情况。
静态刚度分析的关键是确定风轮叶片在受到外部力作用时的应力分布和变形情况。
这可以通过将外部力应用于风轮叶片模型上，并对其进行有限元求解来实现。
在进行分析时，需要考虑到高原地区的气压载荷以及风力载荷。
通过对模型进行合理的加载和边界条件设置，可以得到风轮叶片在静态情况下的应力和变形情况。
根据分析结果，可以进一步优化风轮叶片的结构设计，以提高其静态刚度。
动态刚度分析则需要考虑风轮叶片在运行过程中的振动和扭转。
大型风电叶片的结构分析和测试闫文娟;韩新月;程朗;印厚飞【摘要】文章使用FOCUS软件对某兆瓦级叶片进行建模和结构分析,并与试验叶片的重量、模态、静力结果进行对比.结果表明,叶片重量的计算值与实测值偏差0.1％,频率的计算值与实测值最大偏差-4.6％,位移的计算值与实测值最大偏差5.08％,应变的计算值与实测值最大偏差-7.61％,均符合GL2010规范中的要求.叶片重量、频率、位移、应变的计算值和试验值高度吻合,验证了本方法的可靠性.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)008【总页数】4页(P1140-1143)【关键词】风机叶片;结构分析;测试;模态;变形【作者】闫文娟;韩新月;程朗;印厚飞【作者单位】国电联合动力技术有限公司,北京 100039;国电联合动力技术有限公司,北京 100039;国电联合动力技术(连云港)有限公司,江苏连云港222000;国电联合动力技术(连云港)有限公司,江苏连云港222000【正文语种】中文【中图分类】TK831 引言风力发电机的叶片（下文简称叶片）是风电设备将风能转化为机械能的关键部件，其制造成本约占风机总成本的15%～30%。
大型风力发电机的叶片基本由复合材料制成，叶片设计与制造是风电机组的技术关键[1]-[4]。
目前，国内多家叶片生产企业都在自主开发新型号叶片，设计中所用的工具也不尽相同[5]，[6]。
FOCUS软件是用于风电机组及组件（如叶片）快速设计分析的软件工具，在国际风电设备工业有超过10年的应用史。
相对于使用三维建模软件和有限元计算软件结合的设计路线，使用FOCUS软件更为便捷。
本文通过使用FOCUS软件对某型号叶片直接完成建模，对其进行了模态和结构静力学分析，并与实际叶片的模态和静力试验结果进行了对比分析。
2 模型建立FOCUS拥有独特的对叶片进行详细设计的交互式建模工具。
在对叶片进行逐步定义的同时，三维的交互式显像会对设计变化给出直接反馈。
风电叶片建模及结构分析与测试孔魁;周晓亮;程明哲【摘要】基于FOCUS软件对某兆瓦级叶片进行建模及结构分析,并与样片的测试重量、模态和静力测试结果进行对比,结果表明:模型的计算重量、频率、加载位移、应变与测试值吻合较好,满足GL2010规范要求,验证了模型的合理性及计算方法的可靠性;并在FOCUS稳定性计算的基础上,通过优化后缘粘接,有效地提高了叶片的抗屈曲能力.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2018(047)005【总页数】4页(P45-48)【关键词】FOCUS;模态分析;静力分析;测试;稳定性分析【作者】孔魁;周晓亮;程明哲【作者单位】浙江运达风电股份有限公司风力发电系统国家重点实验室,浙江杭州310012;浙江运达风电股份有限公司风力发电系统国家重点实验室,浙江杭州310012;浙江运达风电股份有限公司风力发电系统国家重点实验室,浙江杭州310012【正文语种】中文【中图分类】TP391.70 引言风电叶片是风力发电设备的关键部件，其制造成本占设备总成本的20%～30%，叶片设计与制造是风电机组中较关键的技术[1～5]，直接决定了风电机组的发电性能、设备的可靠性，同时也影响着整机的载荷水平。
FOCUS软件是一款用于风电机组及组件快速设计分析的工具，在国内外有多年的应用史[6～7]。
鉴于此，本文基于FOCUS软件构建某兆瓦级叶片模型并进行结构分析，并通过与测试值对比，验证计算的可靠性。
1 建立叶片FOCUS模型FOCUS具有三维交互式或参数化两种建模方式；参数化建模能够快速创建叶片模型，三维交互式界面可直观显像叶片设计，方便检查和调整模型。
叶片FOCUS建模流程如图1所示。
使用FOCUS进行叶片建模具体流程如下：首先，通过单位弦长为1的翼型坐标点定义翼型轮廓线和旋转中心；其次，设置各截面所选用的翼型、弦长、扭角、预弯数据创建叶片的三维外形；然后在三维外形的基础上定义各部件铺层边界；最后，选择各铺层对应的材料类型和铺层边界，根据设计厚度和层数及对应的截面位置，完成风力机叶片的建模。
风电叶片全尺寸检测和结构分析的开题报告一、研究背景全球能源需求快速增长，气候变化和环境保护迫在眉睫，将可再生能源作为主要能源发展方向已成为各国普遍共识。
风能作为一种清洁、可再生、无污染的能源，得到了广泛的关注和发展。
而风能发电中最重要的组成部分之一是风电叶片。
风电叶片的质量和性能直接决定着风能利用的效率和可靠性，对风电行业的发展有着重要的意义。
因此，对风电叶片的全尺寸检测和结构分析具有非常重要的意义。
风电叶片的全尺寸检测和结构分析是指对风电叶片进行全尺寸的、综合的质量和性能检测，并对叶片结构进行分析和评估。
全尺寸检测包括叶片形状、尺寸、表面粗糙度等方面的检测，以及叶片的弯曲、扭曲、翻转等方面的力学性能测试。
结构分析则包括对叶片的静态和动态性能分析、振动和噪声测试等方面的评估。
二、研究目的本研究旨在开发一种高效、准确、可靠的风电叶片全尺寸检测和结构分析方法，以提高风电叶片的质量和性能，并为风电产业的可持续发展做出贡献。
三、研究内容1.风电叶片全尺寸检测：开发一种基于CAD模型的检测方法，实现对风电叶片的形状、尺寸、表面粗糙度等方面的全尺寸检测，包括使用激光测量仪对叶片形状进行3D扫描，提取叶片的精确曲面数据，实现叶片形状的全面测量；使用光学显微镜对叶片表面粗糙度进行检测。
2.风电叶片结构分析：基于叶片形状数据和材料力学性能参数，建立风电叶片有限元模型，分析叶片在静态和动态条件下的受力和变形情况，评估叶片的振动和噪声性能。
3.研究风电叶片的材料与工艺：通过对风电叶片的材料进行分析和研究，提出合理的材料选择和工艺优化方案，提高风电叶片的质量和性能。
四、研究方法1.使用3D扫描仪、光学显微镜等设备对风电叶片进行全尺寸检测。
2.基于有限元理论，使用ANSYS等有限元软件建立风电叶片的结构模型。
3.通过静态和动态试验检测风电叶片的力学性能，如弯曲、扭曲、翻转等。
4.通过对风电叶片材料和工艺的研究，提高风电叶片的质量和性能。
关于大型风电叶片的模态测试与数值模拟研究摘要：随着风电机组的功率和叶片大型化。
本文以某1.5MW级风电叶片为例，就叶片模态分析的测试和仿真方法进行了介绍。
介绍两种大型风力发电机叶片的模态测试方法，并通过不测力法进行了叶片的模态测试和分析；介绍了大型风力发电机叶片数值仿真中，叶片建模的几种方法及结构简化方向。
为风电叶片动态响应情况的研究提供一定的理论依据。
关键词：风力发电机组叶片；模态测试；数值仿真引言：随着风力发电技术的逐步发展，风力发电机组逐步向着功率和叶片的大型化发展。
而随着复合材料等技术不断发展，使风力发电机组的叶片大型化成为可能。
但随着叶片的大型化，整机结构的安全性逐步成为新的问题。
因此为保证风电机组安全性，对其叶片的动态响应研究十分必要。
现阶段，风力发电机组叶片动态响应的常规方法是模态分析。
一、大型风电叶片模态测试方法（一）检测台介绍本文研究的叶片为某1.5MW级风力发电机组叶片，长38m、重6t。
应用了由中科院工程热物理所和保定国家新能源产业基地共同合作研发建成的风电叶片检测台对叶片进行检定。
（二）检测方法与设备1.检测方法实验测试分析主要有测力法与不测力法两种检测方法。
其中测力法通过人工激励的方法，简单直接的测量到结构的受力，进而通过计算和分析得到结构的模态数据，包括频率、阻尼振型等；而不测力法主要用于桥梁及大型的街头、运行状态的机械设备或不易实现人工激励的结构进行的结构特性动态试验，方法主要利用实测的时域响应数据，结合建模和拟合的数据识别结构的模态。
在实际检测过程中，考虑到待检叶片质量相对较大，且固有频率相对较低、模态不易激励，故采用不测力法对叶片进行检测。
2.检测设备在确定叶片具体检测方法后，相关检测人员使用DHDAS—3817动态信号测试系统对信号情况进行记录，以得到叶片的振动信号数据；使用DH610磁电式速度传感器进行测量，以得到叶片的频率响应数据。
现阶段，DH610磁电式速度传感器包括纵向传感器与横向传感器，其测试频率的响应范围为0.1Hz到100Hz之间。
专利名称：一种可调外形的风电叶片成型模具及其变形方法专利类型：发明专利
发明人：刘伟超,代海涛,闫文娟
申请号：CN201210172264.6
申请日：20120529
公开号：CN102658612A
公开日：
20120912
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明是有关于一种可调外形的风电叶片成型模具及其变形方法，该模具包括支撑结构和模具内壁，所述的模具划分为固定段和可变段，其中：固定段对应叶片根部的一段，可变段对应叶片尖部的一段；可变段在模具内壁粘接有导热过渡层，并在导热过渡层上方铺设第二型面。
该方法包括：根据叶片造型预制导热过渡层和第二型面；将模具的可变段内壁表面打磨毛糙；在可变段内壁涂抹粘结剂；将预制好的导热过渡层和第二型面粘接在可变段内壁上；加热固化粘结剂。
本发明一种可调外形的风电叶片成型模具及其变形方法，利用一套模具即可生产多型号的风电叶片，从而显著降低了叶片制造成本，更适于推广使用。
申请人：国电联合动力技术有限公司
地址：100000 北京市海淀区中关村南大街乙56号方圆大厦16层
国籍：CN
代理机构：北京方韬法业专利代理事务所
代理人：遆俊臣
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