功能化碳纳米管增强环氧树脂复合材料在竖轴风力涡轮机叶片中的性能分析

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采用超声处理工艺将功能化多壁碳纳米管（F-MWCNTs）与环氧树脂和织造凯夫拉纤维混合，制备了凯夫拉增强环氧树脂纳米复合材料，用于竖轴风力涡轮机（VAWT）小型叶片的制造。本研究重点调查了F-MWCNTs对增强环氧复合材料力学性能和挠度的影响。结果表明，通过超声处理将F-MWCNTs与环氧树脂混合能显著改善复合材料的力学性能。基于有限元分析（FEA）确定了挠度的实质性改善。由于竖轴风力涡轮机叶片产生的涡流对功率效率有负面影响，而小型叶片在航空领域已被证明能有效减少尖端涡流。为支持VAWT叶片的理论运动，采用ANSYS软件包进行了建模计算和分析，以评估环氧纳米复合材料在气动载荷、重力载荷和离心载荷作用下用于涡轮机叶片应用的可持续性。结果表明，向环氧树脂和凯夫拉中添加F-MWCNTs对有限元分析的预测结果有显著影响。ANSYS分析结果显示，当环氧树脂中添加0.50 wt.%的MWCNTs-COOH时，在尖端速度比为2.1、2.6和3.1的工况下，叶片的挠度最低。该研究为开发高性能风力涡轮机叶片材料提供了理论依据和工程参考。

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