2 葉片彎扭耦合設(shè)計(jì)
    在葉片構(gòu)造中，主梁是主要承載結(jié)構(gòu)，葉片彎扭耦合也主要發(fā)生在主梁上。由上一節(jié)理論估算，碳纖維材料單向?qū)訉雍习邃亴臃较蚪窃?5~30°之間，耦合程度較高。下面針對碳纖維材料對750kW葉片玻璃鋼主梁進(jìn)行彎扭耦合設(shè)計(jì)，分別對鋪層角為0°、5°、15°、20°、25°、30°時(shí)進(jìn)行剛度計(jì)算，根據(jù)剛度對等原則重新設(shè)計(jì)鋪層厚度。

         
    圖4所示為750kW葉片主梁示意圖。將主梁鋪層材料替換成碳纖維增強(qiáng)材料。由式(25)和式(26)計(jì)算單層偏軸模量Q’(i,j＝1,2=6)，代入式(14)中，得到Q_ij(i,j＝1,6)，再代入A_ij＝∫Q_ijdT可計(jì)算出主梁層合板各截面軸向拉伸剛度系數(shù)。軸向拉伸剛度系數(shù)與軸向彎曲剛度系數(shù)關(guān)系如下^[14]：

            
    由式(27)可計(jì)算出主梁各截面彎曲剛度系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。在圖5中，曲線由上到下，鋪層角逐漸增大，中間黑實(shí)線高亮顯示的曲線為原設(shè)計(jì)曲線。曲線表明，鋪層角增大,主梁彎曲剛度逐漸減小。觀察曲線，就彎曲剛度而言,采用碳纖維時(shí),在厚度不變的前提下,15°鋪層角所得剛度與玻璃纖維0°鋪層角所得剛度最接近。20°以后，主梁彎曲剛度將會(huì)有所損失。所以，就本文葉片而言，采用彎扭耦合設(shè)計(jì)時(shí)，鋪層角應(yīng)該20°以內(nèi)。根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果與圖3，采用碳纖維/環(huán)氧時(shí)，耦合程度最好的鋪層角在15~30°之間。結(jié)合剛度和耦合設(shè)計(jì)理論，15°將是最合適的鋪層角。

       
    從圖5中可以看出，15°鋪層角所得剛度值仍然高于本文設(shè)計(jì)值。因此可以適當(dāng)減小碳纖維鋪層厚度以節(jié)約成本。經(jīng)過計(jì)算，主梁各截面鋪層厚度見表2。各截面鋪層厚度平均減少11.33％。