风力发电机叶片玻纤增强复合材料损伤效应预测

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风力发电机叶片（WTBs）结构具有复杂的几何形状，其材料需在长期服役中承受多种工况载荷。由于叶片长期暴露在恶劣环境条件下，玻纤增强复合材料（GFRP）易产生裂纹、分层或断裂等损伤。采用有限元分析预测损伤对风力叶片力学性能的影响，对设计优化、制造工艺和叶片结构健康监测具有重要意义。本研究通过敏感性分析，重点关注GFRP复合材料分层程度对风力叶片结构的影响。建立了五层铺层结构（0/45/90/45/0）的有限元模型，分析损伤区域周围的应力状态。提取了分层区域各层复合材料单元的法向应力和剪切应力。研究表明，法向应力和剪切应力的最大值与复合材料层的纤维取向密切相关。沿叶片长度方向产生拉伸应力，在上下表层（第1层和第5层）达到最大值；厚度方向（垂直于复合材料表面）的最大拉伸应力出现在厚度中部区域，而外层表现为压缩应力。考虑分层情况下，剪切应力沿厚度方向呈波浪型分布，且与层间纤维取向相关联。

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