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兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩多采用FRP等復(fù)合材料制成，由于FRP等復(fù)合材料各向異性且鋪層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，再加上大型機(jī)艙罩部件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)階段對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析仍采用力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)合手工校核計(jì)算，其有限元分析仍處于研究階段。在分析復(fù)合材料層合板理論及其數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用ABAQUS軟件采用Ｓ4Ｒ和Ｓ3殼單元模擬某機(jī)艙罩部件FRP層壓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行極限風(fēng)速下非線性有限元分析仿真，構(gòu)建了一種基于ABAQUS兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙罩非線性有限元分析仿真的方法，并給出了示例。
機(jī)艙罩FRP(即玻璃纖維增強(qiáng)型塑料)復(fù)合材料力學(xué)分析是建立在復(fù)合材料經(jīng)典層合板理論及其非線性數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上的，層合板是由兩層或多層簡(jiǎn)單層板按一定順序和角度粘接在一起作為一個(gè)理想結(jié)構(gòu)單元，具體理論模型如下：
1)層合板變形很小，且材料服從胡克定律；
2)層與層之間理想粘接，無間隙，無粘接層厚度，無錯(cuò)動(dòng)，且沿厚度方向變形連續(xù)；
3)層合板中變形前垂直于中面的直線段，變形后能夠保持直線并且還垂直于中面。
ABAQUS軟件是國(guó)際上公認(rèn)最好的大型通用有限元分析軟件之一，以精于求解復(fù)雜工程問題和非線性分析見長(zhǎng)，其求解非線性問題的能力居世界領(lǐng)先水平，采用ＣＡＤ建模和可視化視窗系統(tǒng)，具有非常好的人機(jī)交互使用界面，對(duì)于初學(xué)者非常容易上手，其分析已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、冶金、土木、水利、材料、航空、船舶、汽車、電器等各個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)以某機(jī)艙罩部件為研究對(duì)象，利用ABAQUS軟件采用Ｓ4Ｒ和Ｓ3殼單元模擬該機(jī)艙罩部件FRP層壓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行極限風(fēng)速下的非線性有限元分析仿真。
在實(shí)際的工程應(yīng)用中，利用現(xiàn)有該機(jī)艙罩部件CAD三維模型，將其轉(zhuǎn)換為通用數(shù)據(jù)格式導(dǎo)入ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ，進(jìn)行實(shí)體模型抽中面(抽取薄殼實(shí)體模型的三維中性曲面)處理，并導(dǎo)成ＩＧＥＳ格式，從而得到機(jī)艙罩部件中性層的三維曲面幾何模型，如圖所示。
機(jī)艙罩使用的是FRP，其各向異性，沿軸向的力學(xué)性能最好，非軸向很弱，為此必須通過鋪層設(shè)計(jì)改變各鋪層走向加以彌補(bǔ)。本研究利用ABAQUS軟件提供的多層復(fù)合材料殼單元—Ｓ4Ｒ殼單元和Ｓ3殼單元，分別是1種4節(jié)點(diǎn)縮減3Ｄ單元和1種3節(jié)點(diǎn)縮減3Ｄ單元，可模擬復(fù)合材料層合板各鋪層特性和各向異性。單元鋪層完全按實(shí)際工藝設(shè)計(jì)，按層合板(0°/90°/45°/-45°)ｓ順序設(shè)置Ｓ4Ｒ或Ｓ3殼單元鋪層共14層，隔層厚度均為0.5ｍｍ，每層單元參數(shù)為:各向彈性模量Ｅ1=3 900MPa，Ｅ2=Ｅ3=8 920MPa;泊松比μ=0.22，剪切模量Ｇ12=Ｇ13=Ｇ23=4 000MPa。
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