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1、(10)申请公布号 CN 103116680 A (43)申请公布日 2013.05.22 CN 103116680 A *CN103116680A* (21)申请号 201310070250.8 (22)申请日 2013.03.06 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨浦区四平路 1239 号 (72)发明人 奚鹰 高立强 程宏 圣亚运 綦鲁宁 陈哲 (74)专利代理机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人 张磊 (54) 发明名称 基于大型风力发电叶片的阴模模具系统的载 荷分布计算方法 (57) 摘要 本发明涉及一种大型风。
2、力发电叶片阴模模具 系统的载荷分布计算方法。具体为 ： 随形支撑钢 架， 模具系统铜管加热层及其他附件， 叶片阴模壳 板、 大梁及叶片纤维铺层。 首先对支撑钢架进行载 荷分布求解 ； 然后对模具系统铜管加热层及其他 附件分别进行载荷分布计算 ； 最后将阴模壳板、 大梁及叶片纤维铺层按连续分布载荷分别进行计 算， 通过采用沿叶片长度方向进行等间距划分进 而对各小块进行离散求解并叠加计算的方法进行 处理。在此基础上将铜管加热层、 阴模壳板、 阴模 大梁及叶片纤维铺层等四部分主要叶片结构的连 续分布荷载再一次进行叠加， 最终得到阴模模具 系统的载荷分布函数及分布曲线。这种方法的特 点是， 计算简单，。
3、 精度较高。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103116680 A CN 103116680 A *CN103116680A* 1/1 页 2 1. 一种大型风力发电叶片阴模模具系统的载荷分布计算方法， 其特征在于所述阴模模 具系统由下模钢构架、 上模钢构架、 保温系统、 加热铜管层、 模具壳板、 叶片纤维铺层、 大梁、 和筋板组成， 其中 ： 上模钢构架和下模钢构架放置在地面上， 在上模钢构架和下模钢构架上 面分别放置模具壳板。
4、， 模具壳板上面铺设叶片纤维铺层， 模具壳板与叶片纤维铺层之间添 加保温系统和加热铜管层， 在叶片纤维铺层上面铺设大梁， 大梁上面沿叶片长度方向放置 筋板， 使用时， 阴模模具系统和阳膜模具系统通过翻转装置进行合模和脱模， 合模时使用合 模缩紧装置， 脱膜时使用液压顶升装置 ； 当制作叶片的阴模模具系统结构如上所述时， 阴模 模具系统的载荷分布计算方法如下面的步骤所示， 具体步骤如下 ： (1)对下模钢构架和上模钢构架的载荷分布进行计算， 采用ANSYS的APDL建立随形有 限元模型， 设置重力后由 ANSYS 软件本身自行计算载荷分布 ； 控制密度为 7800KG/m、 泊松 比为 2.1E。
5、11、 单元类型为 BEAM188 ； (2) 加热铜管层根据实际用材计算重量， 且视作在整个模具系统中为均匀分布载荷， 合 模锁紧装置、 液压顶升装置视作位于不同截面位置的点载荷， 为离散载荷分布 ； 合模锁紧装 置和液压顶升装置数量为下模钢构架和上模钢构架截面数量 2 倍， 重量根据实际采用型号 决定 ； (3) 模具壳板、 大梁及叶片纤维铺层分布计算， 由于模具壳板、 大梁和叶片纤维铺层外 形的不规则， 采用沿叶片长度方向等间距划分模具壳板、 大梁和叶片纤维铺层， 将其分为若 干小块， 对各小块进行离散求解并叠加计算的方法进行处理， 得到一系列选定位置的离散 载荷值， 通过软件 matl。
6、ab 进行离散点的曲线拟合， 得到阴模壳板的载荷分布函数及分布曲 线 ； 采用公式 1 进行计算 ： , i=1,2,3. （式 1） 其中， 标号 1、 2、 3 分别表示模具壳板、 大梁以及叶片纤维铺层， 表示模具壳板、 大梁以及叶片纤维铺层三部分叠加后的载荷分布函数 ； 为材料密度， 为重力加速度 ； 分别表示各部分结构的载荷分布函数 ； 分别表示各部分结构的厚度 ； 分别表示各部分结构等间距离散后各小块的表面积 ； （4） 在此基础上将铜管加热层、 模具壳板、 阴模大梁及叶片纤维铺层四部分连续分布荷 载再一次进行叠加， 最终得到阴模模具系统的总的载荷分布函数及分布曲线。 权 利 要 求。
7、 书 CN 103116680 A 2 1/3 页 3 基于大型风力发电叶片的阴模模具系统的载荷分布计算方 法 技术领域 0001 本发明涉及一种大型风力发电叶片阴模模具系统的载荷分布计算方法。 背景技术 0002 对于大型风力发电叶片阴模模具系统， 分上模 （PS） 、 和下模 （SS） 两子系统。阴模 系统中由于上模子系统在合模和脱模过程中需要绕翻转支架转动， 受力、 变形等较大， 故将 其载荷分布的计算作为研究对象。同时由于叶片模型形状不规则， 本身已发生扭转且在尾 部有翘曲， 导致叶片本身载荷分布无规律， 进而大型风力发电叶片阴模模具系统载荷分布 无规律。 发明内容 0003 本发明的。
8、目的在于提供一种大型风力发电叶片阴模模具系统的载荷分布计算方 法。这种方法计算简单， 精度较高。 0004 本发明提出的大型风力发电叶片阴模模具系统的载荷分布计算方法， 所述阴模模 具系统由下模钢构架3、 上模钢构架4、 保温系统5、 加热铜管层6、 模具壳板7、 叶片纤维铺层 8、 大梁 9、 和筋板 11 组成， 其中 ： 上模钢构架 4 和下模钢构架 3 放置在地面上， 在上模钢构 架 4 和下模钢构架 3 上面分别放置模具壳板 7， 模具壳板 7 上面铺设叶片纤维铺层 8， 模具 壳板7与叶片纤维铺层8之间添加保温系统5和加热铜管层6， 在叶片纤维铺层8上面铺设 大梁 9， 大梁 9 。
9、上面沿叶片长度方向放置筋板 11， 使用时， 阴模模具系统和阳膜模具系统通 过翻转装置 10 进行合模和脱模， 合模时使用合模缩紧装置 1， 脱膜时使用液压顶升装置 2。 当制作叶片的阴模模具系统结构如上所述时， 阴模模具系统的载荷分布计算方法如下面的 步骤所示， 具体步骤如下 ： (1) 对下模钢构架 3 和上模钢构架 4 的载荷分布进行计算， 采用 ANSYS 的 APDL 建立随 形有限元模型， 设置重力后由 ANSYS 软件本身自行计算载荷分布 ； 控制密度为 7800KG/m、 泊松比为 2.1E11、 单元类型为 BEAM188 ； (2) 加热铜管层根据实际用材计算重量， 且视作。
10、在整个模具系统中为均匀分布载荷， 合模锁紧装置、 液压顶升装置视作位于不同截面位置的点载荷， 为离散载荷分布 ； 合模锁紧 装置和液压顶升装置数量为下模钢构架 3 和上模钢构架 4 截面数量 2 倍， 重量根据实际采 用型号决定。 (3) 模具壳板、 大梁及叶片纤维铺层分布计算， 由于模具壳板、 大梁和叶片纤维铺层 外形的不规则， 采用沿叶片长度方向等间距划分模具壳板、 大梁和叶片纤维铺层， 将其分为 若干小块， 对各小块进行离散求解并叠加计算的方法进行处理， 得到一系列选定位置的离 散载荷值， 通过软件 matlab 进行离散点的曲线拟合， 得到阴模壳板的载荷分布函数及分布 曲线 ； 采用公。
11、式 1 进行计算 ： 说 明 书 CN 103116680 A 3 2/3 页 4 , i=1,2,3. （式 1） 其中， 标号 1、 2、 3 分别表示模具壳板、 大梁以及叶片纤维铺层， 表示模具壳板、 大梁以及叶片纤维铺层三部分叠加后的载荷分布函数 ； 为材料密度， 为重力加速度 ； 分别表示各部分结构的载荷分布函数 ； 分别表示各部分结构的厚度 ； 分别表示各部分结构等间距离散后各小块的表面积 ； （4） 在此基础上将铜管加热层、 模具壳板、 阴模大梁及叶片纤维铺层四部分连续分布荷 载再一次进行叠加， 最终得到阴模模具系统的总的载荷分布函数及分布曲线。 0005 本发明的有益效果在于 。
12、： 本发明方法计算简单精度较高， 通过等间距选取叶片大 量位置的离散点进行载荷计算可以保证计算精度 ； 通过采用高阶多项式拟合所取离散点的 载荷值解决了复杂且不规则形状叶片的载荷分布问题。 附图说明 0006 图 1 是大型风力发电叶片外形图。 0007 图 2 是阴模模具系统结构截面图。 0008 图 3 是 50m 上模 PS 大梁载荷分布函数曲线。 0009 图 4 是 50m 上模 PS 叶片壳板载荷分布函数曲线。 0010 图 5 是 50m 上模 PS 叶片铺层载荷分布函数曲线。 0011 图 6 是 50m 上模 PS 叶片叠加载荷分布函数曲线。 0012 图 7 是本发明流程图。
13、。 0013 图中 ： 1. 合模锁紧装置 ； 2. 顶升装置 ； 3. 下模钢构架 ； 4. 上模钢构架 ； 5. 保温系 统 ;6. 加热铜管层 ； 7. 模具壳板 ； 8. 叶片纤维铺层 ； 9. 大梁 ； 10. 翻转装置 ； 11. 筋板。 具体实施方式 0014 下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。 0015 实施例 1 ： 图 1 是通过本发明中所述的模具系统生产出的风力发电叶片外形。图 2 是本发明中所 述的阴模模具系统结构截面图， 从中可以比较清楚地看到模具系统各部分结构的相对位置 和组装关系。 0016 如图 7 所示， 具体步骤如下 ： (1) 支撑钢架的载荷分布计算。
14、。利用 ANSYS 的 APDL 建立随性有限元模型， 设置重力后 由软件本身自行计算载荷分布 （设置密度 7800KG/m、 泊松比 2.1E11、 单元类型 BEAM188） 。 0017 (2) 加热铜管层根据实际用材计算重量， 且视作在整个模具系统中为均匀分布载 荷。其他附件 （合模锁紧装置、 液压顶升装置等） 视作位于间隔 1.5m 的不同截面的点载荷， 说 明 书 CN 103116680 A 4 3/3 页 5 为离散载荷分布。数量为钢架截面数量 2 倍， 重量根据实际采用型号决定。 (3) 叶片阴模壳板、 大梁及叶片铺层载荷分布计算。由于叶片阴模壳板外形不规则， 本文通过采用沿。
15、叶片长度方向等间距划分阴模壳板进而对各小块进行离散求解并叠加计 算的方法进行处理， 从而得到了一系列选定位置的离散载荷值， 通过软件 matlab 进行离散 点的曲线拟合， 得到阴模壳板的载荷分布函数及分布曲线。按照同样的方法对大梁和叶片 纤维铺层分别进行载荷分布计算。 0018 具体计算方法采用公式 1 进行计算。 0019 取，取 0.04m， 取 0.02m，取 0.02m。 0020 测量并计算各小块的表面积进而求出的一系列离散值后， 利用 matlab 的 polyfit、 polyval 等命令对其进行 8 次多项式拟合， 最终得到理想的载荷分布函 数及分布曲线。 0021 50m（2MW） 叶片阴模模具系统上模载荷分布函数计算结果如图 3- 图 6 所示， 用同 样方法可以获得其他任意长度和形状的大型风电叶片阴模模具系统的载荷分布函数和分 布曲线。 说 明 书 CN 103116680 A 5 1/4 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103116680 A 6 2/4 页 7 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103116680 A 7 3/4 页 8 图 6 说 明 书 附 图 CN 103116680 A 8 4/4 页 9 图 7 说 明 书 附 图 CN 103116680 A 9 。