基于细观力学的热塑性复合材料风力机叶片性能分析

发布时间：2023-04-11 00:42

　　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。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...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
物理量名称及符号表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究与发展现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 主要研究内容
    1.4 本章小结
第二章 热塑性叶片复合材料的筛选与性能分析
    2.1 热塑性复合材料的筛选
        2.1.1 热塑性复合材料增强体的筛选
        2.1.2 热塑性复合材料基体的筛选
    2.2 热塑性复合材料CF/PEEK主要性能分析
        2.2.1 纤维增强复合材料界面特性与增强机理
        2.2.2 最佳纤维体积比的确定
    2.3 本章小结
第三章 高精度节点插值宏细观统一本构模型
    3.1 宏细观本构模型建立流程
    3.2 HPNICM模型的建立
    3.3 宏观本构关系
    3.4 HPNICM模型计算精度评价
        3.4.1 HPNICM模型连续性评价
        3.4.2 HPNICM模型收敛性评价
        3.4.3 HPNICM模型周期性评价
    3.5 HPNICM模型应用
    3.6 本章小结
第四章 热塑性复合材料风力机叶片建模与铺层设计
    4.1 复合材料力学基础理论
    4.2 风力机叶片有限元模型建立
        4.2.1 叶片基本参数
        4.2.2 叶片结构形式
    4.3 风力机叶片铺层设计
        4.3.1 铺层设计准则
        4.3.2 总体铺层设计
    4.4 本章小结
第五章 热塑性复合材料风力机叶片性能分析
    5.1 风力机基础理论
        5.1.1 翼型理论基础
        5.1.2 载荷类型与加载方式
    5.2 叶片流固耦合分析
        5.2.1 流固耦合结果分析
        5.2.2 加载方式对比
    5.3 热塑性材料与热固性材料性能对比
        5.3.1 刚度和极限强度性能分析
        5.3.2 动力特性分析
        5.3.3 稳定性分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 二维单胞平均应力Python脚本程序
附录B 三维单胞平均应力Python脚本程序
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果



本文编号：3789016