Дослідження проблем при моделюванні критичних навантажень на композитну модель лопаті вітрогенератора

Abstract

Дана стаття присвячена проблемам проектування та аналізу напружено-деформованого стану лопаті вітрогенератора при критичних навантаженнях. Побудовано тривимірну оболонкову розрахункову модель, що враховує складну криволінійну геометрію та наявність внутрішніх частин, що зміцнюють. Визначення параметрів напружено-деформованого стану під дією вітрового навантаження проводилось на основі метода скінчених елементів. Використовувався оболонковий десятивузловий ізопараметричний скінчений елемент. Побудована скінчена-елементна модель лопаті дозволяє враховувати композитну структуру та відтворювала наявність різної кількості шарів композиту по товщині оболонки, різноспрямованість волокон на окремих шарах, зокрема було змоделювано криволінійну ортотропію механічних властивостей. Представлено процедуру завдання багатошарової структури, яка передбачає накладання шарів композиту одного на інший у місцях стику, що забезпечує відповідність моделі технологічним особливостям. Проведено статичний аналіз розрахунку деформування конструкції з урахуванням підіймальної сили та сили напору повітря. Аналіз на міцність було проведено для кожного з шарів за критерієм максимальних деформацій.

This article deals with the problems of designing and analysis of the deformed state of the wind turbine blade under critical loads. A three-dimensional shell simulation model is built, taking into account the complex curvilinear geometry and the presence of reinforcing internal parts. The determination of the parameters of the stress-strain state under the influence of wind load was carried out on the basis of the finite element method. A shell ten-node isoparametric finite element was used. The constructed finite element model of the blade allows taking into account the composite structure and reproduced the presence of a different number of composite layers along the thickness of the shell, the diversity of fibers on individual layers, in particular, the curvilinear orthotropy of mechanical properties was modeled. The procedure of multi-layer structure setting is presented, which provides for superimposition of layers of composite one on the other in places of joint, which ensures compliance of model with technological peculiarities. Static analysis of structural deformation calculation is carried out taking into account lifting force and air head force. The strength analysis was performed for each of the layers according to the criterion of maximum deformations.