[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

摘要

一种基于有限差分法的风力机叶片结构确定方法，利用有限差分法的结构设计符合叶片的设计过程，即首先设计叶片的气动外形，其次在气动外形确定的前提下进行结构设计，从而保证了叶片的气动效率和结构强度。本发明采用有限差分法，实现了从三维设计到二维设计的转化，简化了设计复杂程度；本发明采用了逆向有限差分法，实现了叶片变形可控设计；本发明采用理论截面抗弯刚度作为设计目标，截面面积可作为约束，有利于实现叶片轻量化设计。

主权项

一种基于有限差分法的风力机叶片结构确定方法，其特征在于通过以下步骤实现：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Mi，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vi，i＝1，2…n；第五步，根据第三步得到的弯矩Mi和第四步得到的变形量vi，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EIi，i＝1，2…n， v i + 1 - 2 v i + v i - 1 = h 2 M i EI i - - - ( 1 ) ; 第六步，利用第五步得到抗弯刚度EIi，计算风力机叶片n个横截面的理论惯性距Ii，i＝1，2…n；第七步，根据n个横截面的理论惯性距Ii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yi，i＝1，2…n，Ii＝∫∫yi2dxidyi                                      (2)其中xi为第i个风力机叶片横截面的二维截面宽度，yi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yij， I i = Σ i = 1 n Σ j = 2 J ∫ ∫ y ij 2 dx ij dy ij - - - ( 3 ) 其中i＝1，2…n，j＝1，2…J，J为单个横截面上不同材料厚度的个数，xij为第i个风力机叶片横截面的第j个材料厚度的二维截面宽度，yij为第i个风力机叶片横截面的第j个材料厚度；第八步，根据第七步得到的风力机叶片n个横截面的二维结构，确定风力机叶片的三维结构。