中国能源资讯网1. 概述
1.1 目的
本报告以WB48.38叶片展向31.5m截面为例，分别在压力分布载荷、运输载荷、极限载荷作用下，对比前缘空腔宽度由10mm变成40mm，分析叶片的稳定性、静强度特性和相对变形量。同时，在空腔宽度为40mm的翼型基础上，在叶片前缘外表面增加2层双轴布铺层，分析其对叶片的屈曲稳定性能、静强度特性、相对变形量的影响。
1.2 分析对象
本报告，选择WB48叶片展向31.5m截面，通过有限元软件MSC建立2D分析模型。
Figure 1.1 WB48叶片展向31.5m截面
叶片截面的分析对象为S面和P面的前缘阻胶法兰与前缘夹芯的空腔段。
Figure 1.2 叶片截面S面、P面的空腔段分析对象
1.3 主要内容
本报告应用有限元软件MSC对叶片前缘胶接空腔进行细节分析，不同的胶接空腔宽度和作用载荷，详见Table1.1。
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2. 输入信息
2.1 坐标系
本报告中，几何模型与有限元模型都采用MSC的总体坐标系。复合材料的纤维方向采用材料主方向。
Figure 2.1 叶片截面几何坐标系
总体坐标系中，X方向截面弦长与扭角方向; Z方向2D有限元模型拉伸长度方向，Y方向按照右手定则确定。
2.2 单位制
2.3 几何模型
本报告中，根据叶片展向31.5m截面建立不同空腔宽度的几何模型。分别建立空腔宽度为40mm和10mm的几何模型。
2.4 载荷条件
本报告分析叶片展向31.5m截面在分布力载荷、运输载荷、极限载荷作用下极限强度。包括稳定性分析、静强度分析和变形量分析。
2.4.1 压力分布载荷
根据叶片展向31.5m的截面图，应用Profili软件分析叶片截面的压力分布，得到沿叶片截面弦向的Cp分布。
根据Cp计算公式：
2.4.2 运输载荷
WB48叶片的在叶根0m和叶片展向31.5m附件为运输位置，根据力与力矩平衡确定叶片在3倍加速度载荷作用下，叶片展向31.5m截面的支反力。
本报告WB48叶片31.5m截面的极限载荷，分析叶片截面模型的极限强度。极限载荷为某一工况下挥舞摆振坐标系的的力和力矩，根据模型的载荷坐标系加载于有限元上。
注：Table2.2中载荷已考虑极限分析时的载荷安全系数。
2.5 材料属性
根据WB48叶片的铺层材料和环氧树脂，给出应用于有限元分析的三轴部、单向布、双轴布、PVC、环氧结构胶的2d正交各向异性材料属性。
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3. 有限元模型
本报告通过前缘分析的几何模型，考虑复合材料的各向异性以及不同的载荷工况，采用不同的加载方式进行各模型的极限分析。
3.1 模型网格
本报告根据前缘分析的几何模型，划分网格单元。单元采用壳单元。
3.2 结构型式
根据WB48叶片铺层，确定叶片展向31.5m截面的铺层。
根据叶片铺层型式，确定叶片31.5m的结构型式。
3.3 材料方向
复合材料的材料轴方向很重要，确定模型的主要受力方向。本报告中，材料铺层的主方向为纤维方向。
3.4 单元方向
有限元模型的单元坐标系需统一。本报告中，单元坐标系的X方向为纤维材料主方向，Z方向为单元法向，Y方向为右手定则确定。
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3.5 安全系数
本报告中，应用有限元分析需要确定载荷局部安全系数与材料局部安全系数。
3.5.1 载荷局部安全系数
根据GL2010确定载荷局部安全系数。
注：运输载荷为3倍重力加速度作用下，因此运输载荷的载荷安全系数相当于4.5。
3.5.2 材料局部安全系数
根据GL2010规范可知，材料的老化，温度等因素对材料的局部安全系数有很大的影响，本文给出了环氧树脂叶片，静强度分析和屈曲分析的材料局部安全系数表。
3.6 有限元模型
根据叶片31.5m的结构型式和材料属性，建立有限元模型。
3.7 有限元加载
根据叶片展向31.5m的截面图，应用Profili软件分析叶片截面的压力分布，得到沿叶片截面弦向的Cp分布。
3.7.1 压力分布加载
本报告的主要分析对象为叶片截面前缘空腔段，因此根据压力分布，提取截面前缘空腔段的压力分布，计算得到面压加载于有限元模型。
由于本报告的以分析前缘局部为主，因此可将叶片截面整体模型的除前缘外作为假体，确定位移边界条件。
3.7.2 运输载荷加载
叶片31.5m截面为运输工况下特殊作用的位置，因此运输载荷分析尤为重要。运输载荷作用区域为叶片前缘局部，将叶片未受到运输载荷作用的长度方向视作假体，确定位移边界条件。
3.7.3 极限载荷加载
本报告选择叶片展向拉伸截面一端作用MPC极限载荷，一端约束位移边界。极限载荷作用点为叶片截面的Pitch axis位置。
