20120110风电用多轴向经编织物的结构设计 两栏 pdf

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1、风电用多轴向经编织物的结构设计王雪芳丛洪莲张爱军（江南大学纺织服装学院，江苏无锡214122）摘要多轴向经编技术是一种新型的多头衬纬编织技术，该技术生产的多轴向经编织物具有尺寸稳定、延伸率小等特点，在产业用领域已受到广泛的重视。本文介绍了多轴向经编织物的结构与性能以及纱层方向的表示方法，从风力发电机叶片结构、多轴向经编织物材料、叶片受力分析、制造工艺方面详细介绍了多轴向经编织物在风力发电机叶片中的应用，以双斜向经编织物为例，采用WKCAD设计仿真并分析。关键词多轴向经编织物；风力发电叶片；结构性能；纱层铺设

2、中图分类号：TS184.3风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴量巨增强复合材料结构，也可采用夹层结构，但在梁帽大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的位置受到的应力较大，需要采用实心增强复合材料风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总结构。采用多轴向经编织物作载体的蒙皮具有良好量还要大10倍。在我国风能资源也比较丰富，根的刚度和强度，提高了叶片的使用寿命。据全国第2次风能资源普查结果，中国陆地风能离双C形梁地面10m高度的经济可开发量2.53亿kW，离地面DoubleCgirders50m

3、估计可能增大一倍。近海资源估计比陆地上大3倍，10m高经济可开发量约7.5亿kW，50m高约15亿kW[1]。越来越多的国家建立了风力发电场，风力发电是将风的动能转化为机械能。其中叶片是夹芯蒙皮风力发电机组的核心部件，而叶片蒙皮的结构决定Compositeskin梁帽着叶片使用寿命和性能，因此对其的研究就显得十Beamcap分重要。传统的复合材料已不能满足叶片的性能要求，现在大多数都采用多轴向经编针织物作为叶片图1典型叶片的截面图蒙皮的载体，本文主要针对风电用多轴向经编织物Fig.1Sectiongraph

4、ofthetypicalblade的结构进行阐释，为多轴向经编织物的结构设计提供一定的理论依据和引导。2多轴向经编织物的结构与性能1风力发电机叶片的结构2.1多轴向经编织物的结构多轴向经编技术是一种新型的多头衬纬编织风力发电机叶片是由主梁和表面蒙皮经过粘技术[2]。利用这种技术，将一层或多层平行、伸直、胶的制造工艺完成的，如图1所示。表面蒙皮分为无卷曲的纱线以所需的角度引入织物结构中，再按上蒙皮和下蒙皮，覆盖于主梁之上，一般采用夹芯经编针织系统固定在一起，形成多轴向经编织物，结构，中间芯层用硬质泡沫塑料等物

5、质，上下表层还可以与纤维网、胶片、泡沫材料等结合形成三维用多轴向经编织物。双C形梁结构可以采用实心1网络结构。多轴向经编织物能够更合理的利用材料中每一组分的优良性能，具有尺寸稳定、延伸率小收稿日期：2012-01-09等特点，在产业用领域已受到广泛的重视。基金项目：无在多轴向经编织物中，各个纱层的取向方向有作者简介：王雪芳，男（1989-），本科在读，主要从事数产品的方向决定。生产方向定义为0º，根据字化纺织技术研究、纺织新产品开发。ISO/DIS1268—1使用正负方向角来定义纱层取向*通讯作者：丛洪莲，

6、女（1976-），副教授，cong@526.cn。的方向（90º为最大角），介于0º和90º之间的纱层用作者单位：江南大学经编技术教育部工程研究中心。该纱层的方向与0º之间的夹角并加上“+”或“﹣”来力机的叶片[6]。表示。如果纱层排列在系统坐标轴的正象限，则用2.2.1织物的拉伸性能“+”表示；如果纱层排列在系统坐标轴的负象限，多轴向经编织物采用平行伸直的纱线进行铺则用“﹣”表示，如图2所示[3]。纱层可以与横向平层，各铺层方向的纱线取向度高，所有纱线共同承行或与横向成一定角度衬入,最多可达8层纱线（7受

7、外来载荷，因此多轴向织物的拉伸强度和拉伸模层纬纱，1层经纱），再加纤网[4]。量得到显著增强。同时织物还可以按照需要设计成面内拉伸各向同性或各向异性。当θ=±45º时，织物Z=铺层方向X=0º生产方向可以近似认为面内拉伸各向同性。Z=LayerdirectionProductiondirection+θ2.2.2织物的悬垂与剪切性能多轴向经编织物可以根据衬纬结构通过线圈系统来调节织物的悬垂性，加大线圈和降低组织密度可以改变织物的变形能力，因而其悬垂性较好。Y=90º多轴向经编织物中引入了两组对角线纱线，是织

8、物-θ的剪切变形受到抑制，因此具有良好的剪切性能。总之，多轴向经编织物具有整体性能好，设计灵活，图2衬纬方向的定义工艺灵活，生产效率高，工艺简单，机械化程度高，Fig.2Definitionofthedirectionofweftinsertion原料适应面广的优点[3]。斜向衬纱3多轴向经编织物中材料的选用Slantliningyarn风力发电机叶片要求材料具有高强高模轻质量的特点。现在多采用玻璃纤维复合材料、