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摘要
研究了一种变截面纤维增强塑料梁结构在风载、惯性作用等综合载荷作用下的疲劳寿命分析方法。MW级水平轴风机叶片是一种典型的变截面纤维增强塑料悬臂梁结构,其外载荷按照IEC61400的相关规定和GL(Germanisher Lloyd)规范,利用GH bladed软件对风力机的疲劳工况进行设定和载荷计算并获得疲劳载荷谱。为了解决沿展长和时间不断变化的载荷对求解带来的困难,通过有限元方法获得梁结构任意截面上各点的应力转换矩阵。应力转换矩阵可将无规律的疲劳载荷谱转换为各应力分量的应力谱,通过将应力谱利用雨流计数法进行统计,再根据材料的疲劳S-N曲线和Miner线性损伤叠加原理,即可得到梁结构上任意点的疲劳损伤和疲劳寿命。通过简单算例与商业软件FOCUS的计算结果对比,该方法能更方便地得到任意位置处、任意截面上的多轴向纤维增强塑料结构的疲劳性能,并且表明该有限元-应力转换矩阵方法对于评估变截面的纤维增强塑料梁结构在随机载荷作用下的疲劳性能是一种高效且可靠的方法。
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单位无锡太湖学院; 航空宇航学院; 南京航空航天大学
