胡锡彪，夏鸿建，李德源

绝对节点坐标法大型风力机复合材料叶片的动态特性*

胡锡彪，夏鸿建†，李德源

（广东工业大学 机电工程学院，广州 510006）

为研究大型风力机旋转复合材料叶片的非线性结构动态特性，采用绝对节点坐标法，并基于一般连续介质力学理论和复合材料本构关系，推导广义质量与刚度矩阵，建立大型风力机旋转复合材料叶片的非线性动力学模型。为描述叶片的转动，引入大范围转动连体坐标系，结合摄动原理及线性化方法，构建旋转叶片的状态方程。以非线性梁标准算例验证了模型的准确性，并以DTU-10MW风力机复合材料叶片为对象，分析了静止与旋转条件下的动态特性。结果表明，由于叶片的大型化和非线性变形特点，叶片静止时的挥舞、摆振和扭转振型存在显著耦合；由于动力刚化效应，叶片的各阶频率会随着转速的提高而改变，并对振型的挥舞和摆振产生较大影响。

风力机叶片；复合材料；绝对节点坐标法；动态特性分析

0 引 言

叶片是风力机发电系统中的两个主要柔性部件之一，其结构性能的优劣将直接影响风力发电机的功率和风能利用率，由于复合材料具有质量轻、耐腐蚀、比强度高及减震性能好等特点[1]，采用新型复合材料及合理的铺层优化可有效提高刚度并降低叶片重量，进而降低成本[2]，现有大型风力机叶片多采用复合材料铺层制造。国内外学者对风力机复合材料叶片的动态特性开展了许多研究。……