天然纤维增强复合材料在风力发电机叶片应用中的性能研究

摘要整理

能源的可获得性对人类生存和社会发展至关重要。然而，过去一个世纪的能源生成方式引发了对无污染能源生成的追求，这已成为当今最大的全球挑战。风力发电机叶片所用材料正面临这一环保挑战。天然纤维增强复合材料（FRC）被期待能缓解这一问题。本研究评估了不同天然纤维增强复合材料在小型风力发电机叶片应用中的潜力。研究了11种不同天然纤维增强环氧树脂复合材料。采用改进的Halphin-Tsai半经验模型计算复合材料的物理性能，该模型与实验结果具有良好的一致性。在不同载荷条件下分析了风力发电机叶片的应力、变形和质量，旨在寻找能延长叶片使用寿命的纤维类型。采用Qblade软件（QFEM）的有限元方法，在不同模态类型下数值计算了叶片的挥舞向、摆振向、纵向和扭转自然频率，并分析了相应影响。与常用的风力发电机叶片复合材料（E-玻璃/环氧树脂）的结果对比表明，所选天然纤维复合材料具有相当或更优的力学性能。天然纤维的环保特性，即可生物降解性，构成其作为风力发电机叶片材料的优势。

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