随着对发电效率的要求越来越高，风电机组的尺寸变得越来越大，这反过来又给建筑、运输和安装带来了挑战。如何减轻叶片的重量已成为一个重要问题。

通用电气(GE) 公司和美国国家可再生能源实验室(NREL) 推出了一种织物覆盖的风电机组叶片，可降低风电机组叶片的重量和制造成本。这是重量平衡方面的一项艰巨的工程挑战，当增加的织物蒙皮质量需要修改以保持屈曲余量时，很难减轻重量。有很多因素需要考虑，材料、形状、加强筋、翼梁。仿真方法提供了一个合适的开发平台来探索这些方面的设计权衡。

图1：织物覆盖的风电机组(WT) 叶片的概念

由Dong-KukChoi博士领导的韩国航空航天大学机械工程小组对织物覆盖的叶片进行了计算和实验研究，以确认它们的结构完整性与典型的风电机组叶片相似。实验选用了较小的10kW复合材料风电机组叶片，因为这种叶片可以在大学实验室中制造和测试。通过采用MSCNastran对叶片采用变分渐近梁截面分析(VABS)进行设计和结构分析，对风机在正常发电、停机、紧急停机和停车等多种运行条件下进行了仿真。

模态、静态和其他结构分析可以确定主梁可以承受剪切载荷并安全运行。

图2：三维叶片有限元模型

图3：三维叶片模型（左）挠度和（右）Tsai-Wu失效准则指标的结构分析结果

MSCNastran特有的优势之一是，仿真结果与实际测试数据的匹配度很高。本研究中实验结果和分析结果之间的差异<10%。

在这项研究中，FEA结果与带有单轴加速度传感器、冲击锤和DAQ系统的模态测试结果进行了比较。在测试台上，单轴加速度传感器将摆动方向和边缘方向的加速度转换为电信号，冲击锤将激励施加到叶片上。DAQ系统在叶片振动时测量加速度数据。对叶片在多种负载和多种配置下进行了测试，包括沿边缘和摆动方向。MSCNastran在摆动和边缘方向与实验的匹配度误差分别为7.37%和9.45%。

拥有织物覆盖的叶片的准确FEA模型将极大地帮助可再生能源行业建立一个更加可持续性的未来。