陈进，马金成，汪泉，郭小锋，李松林

(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400030)

风轮叶片是风力发电装置最关键、最核心的部分之一，为提高其发电性能和功率，叶片翼型被设计得往往异常复杂［1］，并且随着风力机单机容量增大，叶片长度也相应增加。为保证其足够的强度和疲劳寿命，水平轴风力机叶片基本由复合材料制造而成，其成本占整个装置成本的15% ～20%，因此叶片的设计和选材非常重要［2］。复合材料叶片结构设计及优化一直是国内外学者所探究的热点，C.Kong等针对变载荷和疲劳载荷对风力机叶片结构的影响做出了深入研究，并结合实验对比论证其分析的准确性［3］，Erik Lund等采用离散化方法对简化的风力机叶片壳单元进行了结构铺层优化，验证了该方法的优越性［4］，C.C.Liao等采用 FAST 软件与改进的粒子群算法对风力机叶片截面铺层进行了优化，并利用FOCUS5软件对优化结果进行评估，从而验证该方法的有效性［5］。而解决叶片强度、刚度与重量之间的矛盾［6］对风力机叶片设计者来说也是一个不小的挑战。本文针对某850 kW风力机叶片，为降低材料成本，同时将使用风场由一类风区拓展至二类风区，在保证叶片外形的基础上，将其原有环氧玻纤改为聚酯玻纤，并重新进行铺层设计［7］，并结合优化算法，以质量最小为目标，对叶片的铺层及结构进行优化。通过该研究降低了叶片质量，并为叶片气动、结构一体化设计提供了可能。

1 铺层策略

1.1 材料分析

针对此850 kW叶片，其设计总长为28 m，选用聚酯玻纤作为叶片铺层材料，设计时采用单向布EKU1250、双向布 EKB800和三向布 EKT800这3种，其具体铺设方式见图1。……