5MW風力發電機複合材料葉片於極限風場負載下之積層配置對結構強度影響與最佳化設計

  • 蔡 政晟

學生論文: Master's Thesis

摘要

本研究主要探討葉片積層厚度對葉片整體重量(Weight)、葉尖位移量(Tip displacement)與破壞準則(Failure criteria)的影響。葉片之幾何外形尺寸採用NREL 5MW原報告中之幾何尺寸,並利用NREL WT-Perf軟體計算出該風機葉片於靜止極限風場下所受到之氣動力負載(Aerodynamic loads),施加於葉片上17個翼截面上,並採用ANSYS有限元素軟體進行模擬。 由於原NREL 5MW之報告中並未揭露其所採用之積層配置,故本文將葉片翼截面分成表面複材厚度(Skin thickness)、表面芯材厚度(Skin core thickness)、翼樑緣厚度(Sparcap thickness)、翼樑複材厚度(Web thickness)與翼樑芯材厚度(Web core thickness),並針對各部位之厚度進行單因子分析,發現各部位積層厚度增加對葉片重量之變化主要受到材料密度與覆?面積大小影響,葉片位移量之大小則皆維持在國際規範的最大允?值之內,而表面芯材厚度與翼樑芯材厚度的增加則在一定範圍內都能有相當顯著的改善破壞準則。 而後再利用田口方法,將各部位厚度作為因子,並由前述之單因子比較中選出較為適當的厚度作為水準值,利用L27直交表進行參數水準之配置,利用ANSYS進行模擬後,針對破壞準則進行望小型品質特性之分析,所得之最佳參數組合較原直交表中之組合為佳,顯示利用田口方法可獲得較好的參數組合,最後再將此參數組合於靜止極限風場之負載下進行挫曲之分析,可得該葉片之挫曲負載因子(Buckling load factor),其值大於IEC-61400規範中之規定,亦發現該葉片結構不穩定發生之位置於葉片下表面處,主要係因為葉片受負載而彎曲時,葉片下表面主要承受壓縮應力所致。 關鍵字:風力發電機葉片、複合材料、三明治結構、極限風場狀況、田口方法
獎項日期2014 七月 21
原文Chinese
監督員Jen-Fin Lin (Supervisor)

引用此

5MW風力發電機複合材料葉片於極限風場負載下之積層配置對結構強度影響與最佳化設計
政晟, 蔡. (Author). 2014 七月 21

學生論文: Master's Thesis