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【成果推介】第743期：复合材料叶片结构动力学数值模拟方法

4小时前

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华北电力大学正式发布《2025华北电力大学自主知识产权成果名录》，作为全景梳理年度核心技术专利、软件著作权及高质量成果培育的创新年鉴，百余项最新科技成果的前沿披露，数十支新增科研团队的创新矩阵，《名录》全面收集并整理了2024年度华北电力大学及相关机构自主研发的多项核心科技成果与创新技术，同时详细介绍了成果所涉专利的相关情况。“成果推介”将陆续公开发布成果册所收集的重点推介案例，敬请关注！

复合材料叶片结构动力学数值模拟方法

成果背景

目前复合材料广泛地应用于现代风电机组叶片的制造当中，复合材料的使用使得叶片结构呈现较强的各向异性，从而叶片运动的多个自由度存在着紧密的耦合关系，因此叶片结构动力学模型更为复杂化，数值建模也更加复杂。同时，近年来为了追求更高的发电效能，风电机组叶片设计长度不断增加，这使叶片的几何非线性效应更加显著，从而数值求解计算量加大，因此工程上需要更为快速的结构动力求解方法。传统方法在处理大型叶片时计算量大，耗时长；叶片材料的各向异性使得结构动力学模型更加复杂；现有方法难以有效处理叶片的几何非线性问题。

成果介绍

本发明提出了一种基于时域有限差分方法的复合材料叶片结构动力学数值模拟方法，包括在梁单元空间坐标系的基础上建立各向异性复合材料叶片理论模型并进行变换，通过数值离散化建立数值模型，交错构造线速度和角速度、力与力矩的变量来建立结构动力学计算网格，并在给定边界条件和初始条件后求解结构动力学计算网格数值。

创新点

1、高效率：与传统的有限元方法相比，本发明采用的时域有限差分方法计算效率更高，能够快速得到结果；

2、简洁性：本方法的求解形式更为简洁，便于理解和实施；

3、准确性：通过数学变换，将复杂的动力学方程转化为类似麦克斯韦尔电磁学方程的形式，提高了求解的准确性；

4、适用性：适用于大型叶片的几何非线性问题，拓宽了应用范围。

应用场景

该成果主要应用于风电机组叶片设计，如风电机组叶片结构动力技术等场景的广泛应用。

市场前景

随着全球对可再生能源需求的增加，风能作为清洁能源的重要组成部分，其市场前景广阔。本发明能够有效提高风电机组叶片的设计和制造效率，降低成本，预计将在风能产业中得到广泛应用。

本发明能够满足市场对于高效、低成本风电机组叶片设计和制造的需求，预计将带来显著的经济效益。

华电技术转移转化中心.jpg

初审：祝仕鸿

复审：刘晓

审核：王宏盛

来源：华电技术转移转化中心公众号

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