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风叶专题四结构设计3PDA

2022年11月10日

风叶专题(四)结构设计3

3、案例：材料的革新——竹层积材

(1)设计前提：新材料的引入

在进行叶片设计的过程中，材料的选择对于降低成本，提高性价比是很重要的步骤。据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，由于传统的设计过程第一步只考虑叶片形状设计，却忽略了叶片形状设计给结构设计和造价上带来的困难，因而不得不采用性能优良但价格昂贵的碳纤维作为主要材料。

碳纤维昂贵的价格和目前的供应不足不利于叶片结构设计最小化成本的优化目标，研究人员已经开始探讨关于碳-玻璃混合纤维(carbonglassfiberhybrid)的可能性，据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，除了广泛采用的碳纤维和玻璃钢叶片，天然木材也是可选材料okmart.com。

目前世界上有几千片兆瓦级木质复合材料叶片(以下简称木质叶片)正在运转，且工作情况良好。木质叶片生产工业于1986年由jimplatts在英国怀特岛首创，1993年negmicon首次在兆瓦级风机中使用，2004年vestas开始使用。据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，木质叶片除了体现出最佳的重量价格比与能耗产出比之外，木质叶片生产技术还降低了生产设备费用和人工费用，提高了生产速度，降低了生产能耗，提高了生产中工人的健康与安全因素。由于使用复合材料比例较小，木质叶片对石油价格浮动的依赖性也相对较小。

目前木质叶片所选用的木材主要是芬兰桦木(finlandbirch)；而全世界唯一比芬兰桦木更适合做叶片原材料的植物是中国的竹材(bamboo)。据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，相对于木材，竹材拥有更好的结构性能与更快的生长速度，而且竹材是我国的优势资源，在我国产量充足，这将进一步降低叶片的价格并提高结构性能。通过与国际竹藤网络中心合作研究竹材力学性能、疲劳性能、干燥及粘合性能，我们进一步开发了以竹复合板材为主要结构体的叶片制造工艺。本案例即以竹材的引入作为结构优先设计的前提。