小型垂直轴风力涡轮机玻纤/环氧复合材料叶片结构响应分析的数值研究

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垂直轴风力涡轮机（VAWT）由多种材料构成的复杂部件组成，这给叶片结构设计带来了挑战。本研究采用有限元分析（FEA）方法对小型VAWT叶片进行结构优化研究，目的是在满足IEC 61400-2标准规定的临界风工况条件下，最小化叶片质量。首先采用铝合金材料建立结构模型，模拟结构整体行为以确定最大应力和挠度水平。随后采用玻纤/环氧复合材料对相同结构进行建模和设计优化。通过模拟20种不同铺层厚度和纤维取向角的玻纤/环氧层合组合方案，找到最优的铺层设计。结果表明，优化方案[45°/90°/0°/−45°]的应力和挠度值最小，相比铝合金初始设计方案质量降低59%。所设计的玻纤/环氧复合材料叶片满足结构安全性要求，推荐用于实际应用。

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