專利名稱：一種基于有限差分法的風力機葉片結(jié)構(gòu)確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于有限差分法的風力機葉片結(jié)構(gòu)確定方法，屬于風力機葉片結(jié) 構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，用于大型風力機葉片或大跨度的玻璃纖維/碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
隨著風力機葉片的大型化趨勢的迅速發(fā)展，建立一種快速、可靠的葉片設(shè)計方法 非常必要。目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中把葉片簡化為具有翼型截面的多腔懸臂梁，設(shè)計者要考慮 葉片的材料厚度分布，同時要保證滿足強度和剛度要求，難度較大，往往需要迭代多次才能 完成符合要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。根據(jù)玻璃纖維\碳纖維強度高的特點，結(jié)構(gòu)剛度往往是復 合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)。現(xiàn)代大型風力機葉片的設(shè)計中仍然把葉片簡化為懸臂梁，通過反 復迭代完成葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種傳統(tǒng)設(shè)計方法不但需要較長的設(shè)計周期，對設(shè)計經(jīng)驗的 要求也很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計周期短、操作簡單 的基于有限差分法的風力機葉片結(jié)構(gòu)確定方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于有限差分法的風力機葉片結(jié)構(gòu)確定方法，通 過以下步驟實現(xiàn)第一步，根據(jù)風力機葉片的鋪層方式，利用毯式曲線法得到風力機葉片的縱向彈 性常數(shù)E;第二步，將風力機葉片按長度分為η等分，得到η個橫截面，每份長度為h ；第三步，根據(jù)風力機葉片的氣動外形，得到風力機葉片的η個橫截面的氣動載荷， 并根據(jù)氣動載荷得到η個橫截面的彎矩Mi, i = 1，2…η;第四步，根據(jù)風力機葉片的變形，利用多項式曲線得到風力機葉片η個橫截面的 變形量Vi, i = 1，2…η ；第五步，根據(jù)第三步得到的彎矩Mi和第四步得到的變形量Vi，利用公式(1)的有 限差分法得到風力機葉片η個橫截面的抗彎剛度EIi, i = 1，2…
權(quán)利要求
1.一種基于有限差分法的風力機葉片結(jié)構(gòu)確定方法，其特征在于通過以下步驟實現(xiàn)第一步，根據(jù)風力機葉片的鋪層方式，利用毯式曲線法得到風力機葉片的縱向彈性常數(shù)E;第二步，將風力機葉片按長度分為η等分，得到η個橫截面，每份長度為h ；第三步，根據(jù)風力機葉片的氣動外形，得到風力機葉片的η個橫截面的氣動載荷，并根 據(jù)氣動載荷得到η個橫截面的彎矩Mi, i = 1，2…η;第四步，根據(jù)風力機葉片的變形，利用多項式曲線得到風力機葉片η個橫截面的變形 量 Vi, i = 1, 2..·η ；第五步，根據(jù)第三步得到的彎矩Mi和第四步得到的變形量Vi，利用公式(1)的有限差 分法得到風力機葉片η個橫截面的抗彎剛度EIi, i = 1，2…n，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限差分法的風力機葉片結(jié)構(gòu)確定方法，其特征在 于所述第二步η不小于20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限差分法的風力機葉片結(jié)構(gòu)確定方法，其特征在 于所述步驟Α7. 2中單個橫截面上不同材料厚度的個數(shù)J > 3。
全文摘要
一種基于有限差分法的風力機葉片結(jié)構(gòu)確定方法，利用有限差分法的結(jié)構(gòu)設(shè)計符合葉片的設(shè)計過程，即首先設(shè)計葉片的氣動外形，其次在氣動外形確定的前提下進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而保證了葉片的氣動效率和結(jié)構(gòu)強度。本發(fā)明采用有限差分法，實現(xiàn)了從三維設(shè)計到二維設(shè)計的轉(zhuǎn)化，簡化了設(shè)計復雜程度；本發(fā)明采用了逆向有限差分法，實現(xiàn)了葉片變形可控設(shè)計；本發(fā)明采用理論截面抗彎剛度作為設(shè)計目標，截面面積可作為約束，有利于實現(xiàn)葉片輕量化設(shè)計。
文檔編號G06F17/50GK102004838SQ20101059319
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者康傳明, 張衛(wèi)民 申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院