基于细观力学的热塑性复合材料风力机叶片性能分析

《基于细观力学的热塑性复合材料风力机叶片性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100017硕士学位论文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：机械工程论文题目：基于细观力学的热塑性复合材料风力机叶片性能分析英文题目：PerformanceAnalysisoftheThermoplasticCompositesWindTurbineBladeBasedonMicro-mechanics学生姓名：翟海峰指导教师：那日苏副教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要随着风力机叶片向着大型化、轻量化和绿色化的方向发展，要求提高叶片材料的性能来增加强度和减轻重量。

2、热塑性复合材料具有密度小的特点，是制造轻量、高强风力机叶片的首选材料。目前，采用填埋或燃烧等处理废弃叶片的方式会破坏环境，最优的解决办法是使用可循环利用的热塑性复合材料。为适应风电市场的发展，有必要开展热塑性复合材料风力机叶片的性能研究。本文筛选出符合纤维与基体界面低黏浸润要求的热塑性复合材料CF/PEEK，确定该材料最佳纤维体积比为30%。提出了宏观与细观相联系的高精度节点插值本构模型，对该模型的连续性、收敛性和周期性进行了评价，计算精度和收敛速度都满足应用要求。基于高精度节点插值本构模型计算了CF/PEEK材料的表观弹性模量，并通

3、过实验和有限元模拟验证了计算结果。建立了CF/PEEK材料的三维等效体积单元模型，通过有限元计算，得到了材料二轴向布和三轴向布的性能参数。对风力机叶片进行铺层模拟，研究发现，相同铺层方法下，CF/PEEK叶片比GFRP叶片更能满足轻量化的设计要求。利用流固耦合压力分析结果模拟叶片的实际分布力进行加载，对比多点约束加载方式，分布力加载方式更能表观出叶片的真实受力特性。本文从强度、动力特性和稳定性等方面将CF/PEEK材料和常用的E913/DY5288材料进行了对比分析，结果表明CF/PEEK材料风力机叶片在综合性能上有较大的优势。论文的

4、研究为热塑性复合材料风力机叶片的性能分析提供了新的思路，对于风力机叶片性能的研究具有一定的参考价值。关键词：风力机叶片；热塑性复合材料；高精度节点插值本构模型；铺层设计I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofwindturbinebladestowardslarge-scale,lightweightandgreen,itisurgenttoimprovetheperformanceofbladematerialtoincreasestrengthandreduceweight.T

5、hethermoplasticcompositehasthecharacteristicsofsmalldensityandrecyclable,itisthepreferredmaterialforthemanufactureoflightweightandgreenwindturbineblades.Atpresent,thedisposalofwastebladesbylandfillorcombustionwilldestroytheenvironment,thebestsolutionistousethermoplastic

6、compositestomanufacturewindturbineblades.Inordertoadapttothedevelopmenttrendoftheglobalwindpowermarket,itisnecessarytocarryouttheresearchontheperformanceanalysisofthevaneofthethermoplasticcompositewindturbine.Inthispaper,theapplicationbackgroundofthermoplasticcomposites

7、onwindturbinebladesisintroduced,andathermoplasticcompositeCF/PEEK,whichmeetstherequirementsoflowviscosityinfiltrationbetweenfiberandmatrixisselected,determinetheoptimumfibervolumeratiois30%.Ahigh-precisionnodalinterpolationconstitutivemodelwithmacroandmesoscopicconnecti

8、onisproposed,thecontinuity,convergenceandperiodicityofthemodelareevaluated.theaccuracyandconvergencespeedmeett