风力机叶片支脉梁特征对结构性能影响研究

作     者：范士杰 缪维跑 李春 岳敏楠 

作者机构：上海理工大学能源与动力工程学院 上海非碳基能源转换与利用研究院 

出 版 物：《热能动力工程》 (Journal of Engineering for Thermal Energy and Power)

年 卷 期：2025年第2期

页      面：119-128页

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52106262,52376204) 上海市Ⅳ类高峰学科-能源科学与技术-上海非碳基能源转换与利用研究院建设项目 

主　　题：水平轴风力机 叶片 主梁 支脉梁 植物叶脉 

摘      要：为解决现代大型风力机现有复合材料叶片轻量化方法易导致其结构刚度降低和局部屈曲失稳等问题，参照植物叶片主脉与支脉特征，在5 MW风力机叶片主梁两侧布置不同朝向角度和纤维角度的支脉梁，以提升叶片结构性能。通过流固耦合方法对叶片进行模态、结构静力学及屈曲分析，分析结果表明：不同角度的支脉梁布置均可使叶片减重约6%,且叶尖位移及最大应力均在叶片设计要求范围之内；添加支脉梁结构可提升风力机叶片的屈曲稳定性，且绝大多数情况下支脉梁的纤维角度与朝向角度相同时可进一步提高屈曲因子；在确保叶片稳定及抗共振性能的前提下，当支脉梁与主梁夹角和支脉梁纤维方向均为150°时，叶片综合性能更佳。