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1、一、吴家龙论文部分步骤1、设置材料属性：复合材料是正交各向异性的，通过Preprocessor-MaterialProps-MaterialModels-Structural-Linear-Elastic-Orthotropic设置材料属性。表1 玻璃纤维复合材料性能参数符号说明数值单位纵向弹性模量42.6GPa横向弹性模量16.5GPa1-2平面内剪切模量5.5GPa1-2平面内泊松比0.22密度1950kgm-3纵向拉伸强度836.77MPa纵向压缩强度540.78MPa横向拉伸强度40.86MPa横向压缩强度143.81MPa1-2方向剪切强度37.79MPa单层复合材料是厚度很小的一种

2、单向复合材料，其沿厚度方向的尺寸极小。表格中，只提供了4个弹性系数，而在进行复合材料的有限元计算时，必须知道该复合材料在各方向的弹性系数，包括3个弹性模量、3个剪切模量和3个泊松比共9个参数。单向复合材料弹性参数的计算有多种方法，如Halpin-Tai弹性力学法，该方法将材料中树脂与纤维间的关系根据弹性力学的理论由一组方程表达，经过方程组的求解解得材料各弹性参数。表2 玻璃纤维复合材料各方向的弹性系数/GPa/GPa/GPa42.616.55.50.220.5由于单向复合材料在宏观上可以看作为横观各向同性的，2-3平面即为各向同性面，因此，（3.2）然后再根据式（3.1）即可计算其它的几个弹

4、rkPlane命令将各翼型分割，实现弦向分区。再用Straight Line命令将相邻两翼型上的分割点及前后缘点连接起来，如下图所示。4、生成叶片模型通过Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Arbitrary|By Lines命令在铺层厚度相同的部分生成面，再运用布尔操作中的glue命令将各面粘接成一个整体。由于叶片是由复合材料制成，其厚度可在定义铺层结构时确定，因此，只需生成叶片的曲面模型，如下图所示。5、定义铺层结构按表3.7所示进行叶片的铺层设计，由于叶片的铺层情况复杂，因此，本文采用命令流的方法实现叶片的铺层，以提高效率，减少工作量。首先，在ANSYS

5、的参数列表中定义蒙皮、梁帽及腹板的单层厚度分别为tp=0.001m，tc=tw=0.0002m，然后用secdata命令铺层，注意设置节点偏置选项，使蒙皮、梁帽及腹板按指定方向铺层，并用ID号来区分不同的铺层结构，其部分命令流如下：sect,2,shell,secdata, tp,1,45,3+secdata, tp,1,-45,3secdata, tp,1,45,3secdata, tp,1,-45,3secdata, tp,1,45,3secdata, tp,1,-45,3secoffset,TOP seccontrol, , , ,部分铺层情况如下图所示。梁帽腹板蒙皮P1P4P3P2表2

6、叶片各段铺层厚度Table 2 The thickness ofleafsegments叶片展向各段蒙皮厚度/mm腹板厚度/mm梁帽厚度/mm0.5-1201-1.5201.5-2122-3173523-4223404-5253325-6324166-7304167-8264168-9224169-101731610-111331211-12133412-1311表3 风力机叶片各段铺层Table 3 Thewind turbine bladelayer叶片分区P1P2P3P4Z1(45/-45)10(45/-45)10(45/-45)10Z2(45/-45)10(45/-45)10(45/

7、-45)10Z3(45/-45)6(45/-45)6(45/-45)6Z4(45)8/45010/ (45)8/45(45)8/45(45)7/45Z5(45/-45)11015/ (45)11(45/-45)11(45)7/45Z6(45)12/45015/(45)12/45(45)12/45(45)7/45Z7(45/-45)16020/ (45)16(45/-45)16(45/-45)10Z8(45/-45)15020/ (45)15(45/-45)15(45/-45)10Z9(45/-45)13020/ (45)13(45/-45)13(45/-45)10Z10(45/-45)1101

8、5 /(45)11(45/-45)11(45/-45)10Z11(45)8/45010/(45)8/45(45)8/45(45)7/45Z12(45)6/45010/(45)6/45(45)6/45(45)7/45Z13(45)6/45010/(45)6/45(45)6/45(45)7/45Z14(45)5/45(45)5/456、划分网格表2 分配铺层Table 2 Distributionof layer叶片展向各段蒙皮面号蒙皮ID主梁面号主梁ID腹板面号腹板ID0.5-1126、136、8、124、137、5、4、121-1.5138、128、127、12、139、140、125、163

9、1.5-217、129、19、143、144、142、141、13042-325、146、45、32526、148、147、3116149263-434、37、150、41635、152、151、4017153274-543、155、154、50744、45、48、491851285-6131、157、59、156853、54、57、581960296-7132、64、65、68962、63、66、672069307-870、73、74、771071、72、75、762178318-979、82、83、861180、81、84、852287329-1088、91、92、951289、90、93

10、、9423963310-1197、100、101、1041398、99、102、103241053411-12133、158、110、11314107、108、111、112251143512-13159、135、119、117、160、120、161、134、12315在划分网格前，需将已定义好的铺层分配到指定的面上，按表4.1所示为不同的面指定铺层ID。并将单元、材料编号分配给各面，然后进行网格划分。由于叶片形状较不规则，因此，在尺寸较大的部分将网格划得稀一些，以减少计算量，而在尺寸较小及形状变化剧烈的部分则将网格划得密一些，以保证网格划分的质量。经过多次尝试，最终划分完成后共产生1047

11、0个节点，21321个单元，如下图所示。二、ansys具体建模步骤1、设置单元类型和材料属性Preprocessor-element type-add/edit/delete，选择181单元（划分网格）和mass21单元（建立刚性区），设置实常数Preprocessor-real constants- add/edit/delete（181单元可以不设置，mass21单元设置为1e-5）；复合材料是正交各向异性的，通过Preprocessor-MaterialProps-MaterialModels-Structural-Linear-Elastic-Orthotropic设置材料属性。 2、

15、在定义铺层结构时确定，因此，只需生成叶片的曲面模型，如下图所示。5、定义铺层结构Create and modify shell sections一栏中name表示要铺层的那一段的名字（自己定义），ID代表要铺层的那一部分的编号（自己定义）。里面的integration pts不要改，是系统定义的。Thickness表示单层的厚度（单层厚度自己设定，铺层层数通过计算得出），material ID表示材料号，orientation表示铺层的方向，pictorial view表示单层的方向，section offset选项可以改变铺层方向。（铺层过程即是划分网格过程，故划分网格后即可显示网格）Mes

16、hing-meshtool-element attributes-area设置单元类型shell181，smart size设置划分网格精度（也可以通过size controls设置大小），mesh-area-quad-free划分网格。如此反复，即可实现铺层建模。显示铺层后的网格单元：plotctrls-symbols,打开对话窗口后，将local coordinate system选为on，nodal coordinate system选为on，element coordinate system选为on，plot symbol in color选为on。plotctrls-style-si

17、ze and shape-display of element 选为on。若发现铺层方向相反，用一下方法改变方向：preprocessor-modeling-move/modify-reverse normals-of areas,选择要重新划分的面，点击yes,点击yes后网格不会消失，不用管，再进行下一次划分就可以（重新进行划分即再重新定义铺层方向、铺层层数和铺层角度，在已经定义好的铺层设置里改就可以，不需要再重新全部设置），然后再进行一次网格划分（步骤同上划分网格过程）。按表3.7所示进行叶片的铺层设计，由于叶片的铺层情况复杂，因此，本文采用命令流的方法实现叶片的铺层，以提高效率，减少工

18、作量。首先，在ANSYS的参数列表中定义蒙皮、梁帽及腹板的单层厚度分别为tp=0.001m，tc=tw=0.0002m，然后用secdata命令铺层，注意设置节点偏置选项，使蒙皮、梁帽及腹板按指定方向铺层，并用ID号来区分不同的铺层结构，其部分命令流如下：sect,2,shell,secdata, tp,1,45,3+secdata, tp,1,-45,3secdata, tp,1,45,3secdata, tp,1,-45,3secdata, tp,1,45,3secdata, tp,1,-45,3secoffset,TOP seccontrol, , , ,部分铺层情况如下图所示。梁帽腹板

19、蒙皮P1P4P3P2表2 叶片各段铺层厚度Table 2 The thickness ofleafsegments叶片展向各段蒙皮厚度/mm腹板厚度/mm梁帽厚度/mm0.5-1201-1.5201.5-2122-3173523-4223404-5253325-6324166-7304167-8264168-9224169-101731610-111331211-12133412-1311表3 风力机叶片各段铺层Table 3 Thewind turbine bladelayer叶片分区P1P2P3P4Z1(45/-45)10(45/-45)10(45/-45)10Z2(45/-45)10(4

20、5/-45)10(45/-45)10Z3(45/-45)6(45/-45)6(45/-45)6Z4(45)8/45010/ (45)8/45(45)8/45(45)7/45Z5(45/-45)11015/ (45)11(45/-45)11(45)7/45Z6(45)12/45015/(45)12/45(45)12/45(45)7/45Z7(45/-45)16020/ (45)16(45/-45)16(45/-45)10Z8(45/-45)15020/ (45)15(45/-45)15(45/-45)10Z9(45/-45)13020/ (45)13(45/-45)13(45/-45)10Z10

21、(45/-45)11015 /(45)11(45/-45)11(45/-45)10Z11(45)8/45010/(45)8/45(45)8/45(45)7/45Z12(45)6/45010/(45)6/45(45)6/45(45)7/45Z13(45)6/45010/(45)6/45(45)6/45(45)7/45Z14(45)5/45(45)5/456、划分网格表2 分配铺层Table 2 Distributionof layer叶片展向各段蒙皮面号蒙皮ID主梁面号主梁ID腹板面号腹板ID0.5-1126、136、8、124、137、5、4、121-1.5138、128、127、12、139

22、、140、125、1631.5-217、129、19、143、144、142、141、13042-325、146、45、32526、148、147、3116149263-434、37、150、41635、152、151、4017153274-543、155、154、50744、45、48、491851285-6131、157、59、156853、54、57、581960296-7132、64、65、68962、63、66、672069307-870、73、74、771071、72、75、762178318-979、82、83、861180、81、84、852287329-1088、91、92、

23、951289、90、93、9423963310-1197、100、101、1041398、99、102、103241053411-12133、158、110、11314107、108、111、112251143512-13159、135、119、117、160、120、161、134、12315在划分网格前，需将已定义好的铺层分配到指定的面上，按表4.1所示为不同的面指定铺层ID。并将单元、材料编号分配给各面，然后进行网格划分。由于叶片形状较不规则，因此，在尺寸较大的部分将网格划得稀一些，以减少计算量，而在尺寸较小及形状变化剧烈的部分则将网格划得密一些，以保证网格划分的质量。经过多次尝试，最终划分完成后共产生10470个节点，21321个单元，如下图所示。工作坐标系Z方向朝上，建立一个局部坐标系。Plotctrlssymbolsesys(坐标系单元)查看坐标。PlotctrlsstyleLay-upcreat and modify shell sectionsID:铺层部分号Orientation：方向角（0，45，90）Material id：材料Thickness（厚度）：

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