大型风力机叶片前缘的雨滴冲击动力学响应机制

来源：振动与冲击杂志2024年第21期北京时间：

作者：张建宇，冯梦洁，郭旭，杜晓钟

单位：1.北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室，北京100124；2.常州合欣达旭新能源科技发展有限公司，江苏 常州213000；3.太原科技大学能源与材料工程学院，山西 晋城048011

摘要：随着近年海上风力机设计的大型化，叶片前缘的雨蚀失效问题变得愈发突出，不仅影响机组的风能转化效率，对结构的稳定运行也构成潜在威胁。采用光滑粒子动力学研究雨滴内部的本构关系，以有限元方法建立叶片前缘的代表性<span>体</span>积单元（representative volume element, RVE)模型，两者相互耦合，研究雨滴在叶片表面形成的冲击响应过程。考虑自然降雨的实际工况，建立与降雨强度相关联的雨滴尺寸模型，以及雨滴的空间分布模型；通过单雨滴的冲击仿真，研究叶片表面冲击载荷以及雨滴内部的速度分布，从而解构雨滴冲击的物理过程，并通过冲击的应力、应变场分析，为潜在损伤区提供评价；建立多雨滴冲击的仿真模型，研究冲击应力场之间的耦合作用，以及涂层表面的塑性应变累积效果。研究结果表明，水锤冲击是造成塑性应变累积的关键因素，横向喷射阶段的应力响应幅值虽小，并呈现一定的无序特征，但如果存在多雨滴耦合冲击的情况，则会在耦合区内出现应力峰值，并对叶片变形和失效存在潜在影响。<br>

关键词：风力机；叶片前缘；SPH-FEM耦合模型；单雨滴冲击；多雨滴冲击