至于各铺层的层数,层合板总层数的确定,是根据对层合板承载设计要求综合考虑确定的,一般可采用准网络设计法,等代设计法,卡皮特曲线设计法,主应力设计法等。层合板全厚度除需满足强度条件外,在很大程度上往往还由叶片的变形条件所控制,即还要满足刚度条件。对于外载而变形要求不高的叶片,如,下风后置叶片,也不宜把壁厚设计的过薄以致发生整体或局部失稳问题。
需要指出的是,近年来碳纤维在风电机组叶片中的应用导致了复合材料结构铺层研究人员对非轴对称层合板的兴趣,其目的是用这类铺层布置在叶片受瞬时风载时,产生“材料诱导性”弯扭祸合变形效应,以散射瞬变载荷对叶片结构的破坏能。
本文结构中的层合板选用玻璃纤维和环氧基体构建,其材料性能参数见表1,纤维与环氧基体的体积比通常为0.44。
2.3叶片铺层设计
铺层设计是复合材料结构设计中的重要内容,一般包括总体铺层设计和局部细节铺层设计。前者要满足总体静、动强度和气动弹性要求,后者应满足局部强度、刚度和其它功能要求。总体铺层设计目标是满足强度及振动(固有)约束条件下,确定复合材料蒙皮铺层用料及整体布局,使结构重量最轻。两者均是叶片减重的重要制约因素。铺层设计的优劣在很大程度上决定叶片结构设计是否能得以实现。
叶片的铺层设计是根据叶片在工作状态下产生的轴向力、弯矩和扭矩来确定的。在设计中必须注意的是,由于复合材料的高强度和低模量特性,叶片的蒙皮厚度除了满足强度条件外,重要的还要满足刚度条件。目的是将叶片变形控制在一定范围之内,即叶片的铺层受强度和刚度双重控制。
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