[发明专利]一种基于有限差分法的风力机叶片结构确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于有限差分法的风力机叶片结构确定方法，属于风力机叶片结构设计技术领域，用于大型风力机叶片或大跨度的玻璃纤维/碳纤维复合材料结构设计。

背景技术

随着风力机叶片的大型化趋势的迅速发展，建立一种快速、可靠的叶片设计方法非常必要。目前，结构设计过程中把叶片简化为具有翼型截面的多腔悬臂梁，设计者要考虑叶片的材料厚度分布，同时要保证满足强度和刚度要求，难度较大，往往需要迭代多次才能完成符合要求的结构设计方案。根据玻璃纤维/碳纤维强度高的特点，结构刚度往往是复合材料结构的设计根据。现代大型风力机叶片的设计中仍然把叶片简化为悬臂梁，通过反复迭代完成叶片的结构设计，这种传统设计方法不但需要较长的设计周期，对设计经验的要求也很高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计周期短、操作简单的基于有限差分法的风力机叶片结构确定方法。

本发明的技术解决方案是：一种基于有限差分法的风力机叶片结构确定方法，通过以下步骤实现：

第一步，根据风力机叶片的铺层方式，利用毯式曲线法得到风力机叶片的纵向弹性常数E；

第二步，将风力机叶片按长度分为n等分，得到n个横截面，每份长度为h；

第三步，根据风力机叶片的气动外形，得到风力机叶片的n个横截面的气动载荷，并根据气动载荷得到n个横截面的弯矩M_i，i＝1，2…n；

第四步，根据风力机叶片的变形，利用多项式曲线得到风力机叶片n个横截面的变形量v_i，i＝1，2…n；

第五步，根据第三步得到的弯矩M_i和第四步得到的变形量v_i，利用公式(1)的有限差分法得到风力机叶片n个横截面的抗弯刚度EI_i，i＝1，2…n，

vi+1-2vi+vi-1=h2MiEIi---(1);]]>

第六步，利用第五步得到抗弯刚度EI_i，计算风力机叶片n个横截面的理论惯性距I_i，i＝1，2…n；

第七步，根据n个横截面的理论惯性距I_i确定风力机叶片n个横截面的二维结构即材料厚度分布，

A7.1、若风力机叶片为等厚度叶片结构，则利用公式(2)得到风力机叶片n个横截面的厚度y_i，i＝1，2…n，

I_i＝∫∫y_i²dx_idy_i                              (2)

其中x_i为第i个风力机叶片横截面的二维截面宽度，y_i第i个风力机叶片横截面的材料厚度；

A7.2、若风力机叶片为盒式梁叶片结构，则利用公式(3)得到风力机叶片n个横截面的材料厚度分布即y_ij，