UG有限元分析第14章课件.ppt

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1、第14章复合材料结构分析实例精讲——风电叶片分析本章内容简介本实例利用UGNX高级仿真中的静力学【SOL101LinearStatics-GlobalConstraints】解算模块，以风电叶片模型为分析对象，构建了叶片蒙皮及主梁的层合板属性，在此基础上分析了受风压及重力、离心力作用下的静强度，利用层合板的后处理方式查看了复合材料风电叶片的分析结果，利用【SOL103RealEigenvalues】模态解算方案，计算并查看叶片模型的前3阶固有频率和振型。可以为计算使用复合材料的结构静力、动力分析提供参考依据。本章节主要内容:基础知识问题描述问题分析操作步骤

2、本节小结14.1基础知识层合板复合材料基础知识主要包括三个部分；层合板复合材料概述复合材料层合板的建立方法和失效准则复合材料层合板分析工作流程14.2问题描述复合材料以其比重小，强度高，结构多样越来越多的被航空飞机、汽车及风电行业所使用，随着煤、石油、天然气等传统化石能源耗尽时间表的日益临近，风能的开发和利用越来越得到人们的重视，已成为能源领域最具商业推广前景的项目之一，目前在国内外发展迅速。如图为国内某企业制造的风电叶片的实际模型，使用玻璃钢增强环氧树脂复合材料。实际运行的风电系统风电叶片结构示意图工况条件蒙皮的层合板层数为3层，每层厚度为4mm，铺层角

3、度为（45/0/-45），肋梁的层合板层数为5层，每层厚度为4mm，铺层角度为（0/45/90/-45/0），材料的基本力学性能如表所示，叶片表面承受的风压为0.1MPa，转速为14RPM，考虑重力的作用，计算叶片的静强度及层合板的失效指数，并考虑前三阶的固有约束频率。。14.3问题分析（1）复合材料层合板的建立是本实例中整个分析的关键，材料参数的获取是难点，在本实例中层合板材料可以使用正交各向异性材料来模拟。既可以在材料库中建立后使用也可以在设置层合板时创建玻璃钢增强环氧树脂材料。（2）建立两个工况，第一个为静力分析工况，主要用来分析风电叶片在承受风压、

4、重力及离心转速载荷作用下的强度及失效情况；第二个工况为模态分析，主要用来分析风电叶片在安装后工作状态下的前3阶固有频率，考虑振动的振型情况。（3）在进行复合材料结构分析计算时，我们选取常用的Hill失效理论。（4）可以利用第三章所述的内容，建立三种多子工况分析，然后对各子工况进行组合分析，在本实力中简化分析流程，只分析承受离心力作用下的失效情况，其它的几种载荷读者可以自行分析。14.4操作步骤14.4.1结构静力学分析操作步骤创建有限元模型创建仿真模型求解及其解算参数的设置14.4.2求解约束模态分析工况创建复合材料风电叶片约束模态分析解算方案14.5操作

5、步骤打开随书光盘part源文件所在的文件夹：Book_CDPartPart_CAE_UnfinishCh14_CompositeMaterialwindturbineblade.prt，调出如图所示的风电叶片主模型。本实例先通过静力学【SOL101LinearStatics-GlobalConstraints】解算模块计算出模型的位移、应力和应变响应值，再进行前三阶固有频率的模态分析。外部蒙皮内部肋板风电叶片三维模型14.5.1结构静力学分析操作步骤：创建有限元模型1）依次左键单击【开始】和【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口的分级树中，单击【w

6、indturbineblade.prt】节点，右键弹出菜单并单击出现的【新建FEM和仿真】选项，弹出【新建FEM和仿真】对话框，如图所示，并进行相关操作；注意在【仿真导航器】窗口的分级树中，出现了相关的数据节点。分析类型选择为热单击确定2）新建材料单击工具栏中的【材料属性】图标，弹出【指定材料】对话框，如图所示，在图形窗口选中模型共有85个部件，在【材料列表】中选择【本地材料】，在【类型】中选择【正交各向异性】，单击【创建】图标，弹出如图所示的对话框选取对象单击该命令设置相关参数设置相关参数正交异性材料参数设置对话框-1正交异性材料参数设置对话框-23）创

7、建物理属性单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框，如图所示，在【类型】中选取【层合板】，默认名称为【Laminate1】，单击【创建】按钮；单击该命令a）设置叶片蒙皮层合板创建对话框单击【创建】按钮，弹出如图所示的层合板创建器对话框，创建风电叶片蒙皮的层合板属性。叶片蒙皮层合板创建对话框设置相关参数b）设置叶片肋梁层合板创建对话框按照上述创建叶片蒙皮层合板的方法创建叶片肋梁的层合板属性，如图所示;叶片蒙皮层合板创建对话框设置相关参数设置好的层合板物理属性4）新建网格属性单击工具栏中的【网格捕集器】图标，弹出【网格捕集器】对话框，如图

8、所示，依次建立叶片蒙皮、叶片肋梁的网格属性；设置相关参数新建叶片蒙