基于模态分析的垂直轴风力涡轮机复合材料叶片疲劳寿命估算

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垂直轴风力涡轮机（VAWT）因其可持续风能解决方案的优势而获得广泛关注。VAWT的主要技术挑战在于复杂的结构动力学特性和最优复合材料叶片构型的确定。本研究对现代VAWT复合材料叶片的动态性能和疲劳寿命特性进行了系统研究。基于VAWT设计参数，重点考察了应力水平、加载条件、纤维类型、层板堆积序列和纤维铺层角等变量对VAWT动态行为和疲劳寿命的影响。针对玻纤/碳纤-聚酯VAWT复合材料叶片构型生成了应力-寿命曲线。采用田口方法与响应面法相结合的多响应优化技术，对最优VAWT复合材料叶片构型进行了建模、设计和筛选。利用SolidWorks仿真软件进行有限元分析（FEA），模拟预测了VAWT复合材料叶片的动态性能和疲劳寿命特性。研究结果表明，复合材料叶片显著提升了VAWT的动态性能和疲劳寿命特性。最优VAWT复合材料叶片构型的FEA分析显示损伤率仅为2.5%，验证了该复合材料叶片在动态加载条件下的可持续性和可靠性。

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