三一重能张敬德：非线性叶片部件屈曲分析

2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一，这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会，再次登陆北京，本届大会以“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。

在14日下午召开的风电叶片设计制造创新技术分论坛上。三一重能股份有限公司叶片所所长张敬德作为代表发言。

以下为发言实录：

张敬德：今天分享的题目是非线性叶片部件的屈曲分析。汇报内容涉及到四个部分。第一，背景意义。第二，分析方法介绍。第三，数值计算这方面的工作。第四，利用数值的访问平台，后续有哪些工作可以继续改善，当然数值要进行一些物理实验的标定来提高叶片的可靠性。

首先讲一下部件试验与全尺寸叶片的试验关系，全尺寸叶片的试验，我们很清晰的测试到叶片的重量，包括我们静态过程中整体的劳动分布，通过试验可以测到极限承载力，验证完了之后做一些破坏性的实验，包括疲劳极限的实验，叶片部件的实验是选取某个部委，可以研究某个位置的极限承载能力，承载是可控的，重要的是重复性比较强。

根据叶片发展的趋势与新材料使用来看，新材料体系的应用，包括拉挤材料的使用，还有重工叶片的延长，用部件实验去验证和仿真都是非常好研发的手段。叶片生产容差与缺陷，缺陷是无处不在的，缺陷的一个合理评估，如何避免过度维修，还有验证修复可靠性，部件试验是合理的一个选择，比如纤维弯曲，结构胶缺失，气泡，宽度不足等等。现在比较通用的就是尾缘区试验，尾缘UD布铺设角度变化大，还有缺陷的问题、集合形状变化大，今天下午做的仿真也是针对尾缘区做的仿真。

数值仿真与物理试验的关系，物理试验可以是有限的去做，但是数值仿真可以无限制的去做，可以在数值中进行一个仿真和提高，然后再到仿真去验证。

下面是非线性的分析方法，有限模型的准备，这一部分计算，大家通用的是后屈曲分析，还有就是用显式和隐式来做，隐性会带来很多问题，主要是不收敛的问题。下一部分做的数值仿真的一些工作，这个模型是全尺寸模型相对比较简单，我们做一个部件实验，研究尾原的受压之后抵抗屈曲的能力，再把它放大，这是宏观模型的展示，因为是关于尾缘这块的性能，腹板这块是壳单元，这是我们整个模型的特点，这是一个结果，对于加载之后的类型，这是最终结果的展示，是加载的约束条件，整个加载里程之后的卫星变化，因为是一个显示算法，在整个微载荷之间关系上有振动。上一个片子当中，因为是基于整体的形变，看不出接触来，所以我们来看接触了两面单元，一个来看结构，这样就比较清楚了，在这个过程中，在结构失效的过程中，内腔已经接触了，整个设计是显示计算，无引入结构胶失效模型，当达到一定条件是为了载荷，无论卫星怎么变化，出现了一个平台期，当然这是后续的工作，我们来研究它，目前来讲我们可以更多关注结构胶，通过这样一个计算，整个模型是可以预测整体的抵抗的能力，因为是整体的一个载荷，当然尾缘屈曲失效形式有两种，一个是结构胶失效，再引发弦性断裂，在我们研究的位置是先结构胶失效，再进行尾缘断裂。

目前这个模型已经搭建了仿真平台，后续工作比较多，要完成开展后续的物理试验，提升我们数值仿真的验证能力。引入结构胶的失效模型来看，除了平台期之外，我们还是希望能得到失效之后载荷下降的这一块，结构胶的失效模型也是未来一个探讨。在我们建了数值仿真平台之后，可以对一些安全因子做探讨，因为现在的2015屈曲对于非线性来说比较低，但是是否可以再降低它的安全因子还需要再做工作，另外我们知道有结构胶的缺陷，会引发怎样的一个失效都是值得探讨的，如果是这样，我们将要引入FRP渐进失效，可能也是下一步的工作，谢谢大家。

（根据速记整理，未经本人审核）