隨著風電葉片長度和重量的增加，葉片的強度要求越來越高。葉片的強度分析主要由載荷獲取和強度計算兩部分組成。目前氣動載荷計算理論主要有傳統的動量葉素理論BEM、條帶理論以及CFD方法等。動量葉素理論方法簡單，應用方便，長期以來一直是風力機氣動設計中的主流方法。CFD方法能夠提供更詳細的流場信息，但計算過程較為復雜，對計算機的硬件設備要求也較高。隨著計算機硬件的提升和CFD技術的長足進步，CFD數值模擬方法越來越受到重視，在某些算例中，CFD計算所得的結果能夠與風洞的實驗結果很好的吻合。但是，目前國內外風力機相關研究中，無論是強度分析還是氣彈、疲勞分析，基本都是基于BEM進行載荷分析。有鑒于此，本研究提出了一種利用CFD的強度分析途徑，并與采用BEM方法的強度分析結果進行了比較，得出了一些有益的結論。
      選用美國國家可再生能源實驗室(NREL)于2001年進行的盲比試驗(Blind Comparison)中所采用的風輪。風輪由兩葉片組成，直徑10.508m。三維葉片由NREL S809翼型基疊得到。關于葉片的詳細說明可參考文獻。計算工況為風速10m/s，不考慮偏航。由于本次試驗有較詳盡的風洞實驗數據，因而可以很方便地驗證氣動計算的準確性。文中分別采用BEM和CFD進行載荷計算，然后利用有限元軟件MSC.Nastran對此葉片強度進行分析。通過對兩種方法計算得到的葉片表面應力應變分布進行比較，為今后葉片設計尋找更準確有效的途徑。
      從本質上講，更加正確的方法是基于N-S方程的求解。但是直接求解N-S方程(DNS)所需分析的時間太長。為此人們提出了雷洛平均方法(RAMS)，這是目前最為廣泛的一種分析方法。在這種方法中，流場量被分為統計平均量和波動量兩部分。由于計算方程的非線性，這個過程會產生新的未知量，從而使方程變得不封閉。為使方程封閉，人們又提出了很多關聯這些量的湍流模型，如k模型和Spalart-Allrnaras模型。其中前者為兩方程模型，后者為單方程模型。文獻表明在風力機葉片的計算中，k模型對于分離流動可以取得更加準確的模擬結果。
      風力機葉片是非常復雜的結構體，其強度分析一般采用有限元分析方法。有限元方法是求解一般連續域問題的工程方法，可適應任意復雜的幾何區域，能夠處理不同的邊界，是目前復雜結構強度分析的最主要方法。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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