基于Beam单元建模的风力发电叶片模态分析

针对风力发电叶片，涡轮叶片，机翼这种几何形状复杂的模型分析，一种典型的建模方法就是使用壳单元或者实体单元创建叶片的三维有限元模型。但是，但需要修改设计,设计中一点微小的变化可能就会导致三维模型的完全重建，针对这样复杂的三维模型的反复重建是不方便的。在初步设计阶段，为初步计算叶片的整体机械响应，简化模型是一种便捷的方法。

本文基于ANSYS中Beam单元先进的截面建模能力，以最小的建模工作量和计算成本对复合材料的涡轮叶片进行了模态分析。

• Beam单元介绍
• 建模与分析过程

后文我们主要是利用这里可以将面网格做过梁单元截面功能进行叶片截面，有点类似于几何建模中扫描方式。

建立梁截面几何形状，并划分网格，每个截面通过命令secwrite保存为一个网格文件。以9个截面表示叶片的不同段的截面形状，其中两个截面形状之间是线性过渡的。

这种叶片一般由复合材料制造，因此这里涉及到各项异性材料定义。分别定义各个方向的模量，泊松比等材料属性。

mp,ex,1,12000e06mp,ey,1,12000e06mp,ez,1,9500e06mp,nuxy,1,0.38mp,nuyz,1,0.18mp,nuxz,1,0.18mp,gxy,1,9300e06mp,gyz,1,6033e06mp,gxz,1,6033e06mp,dens,1,1750

有了步骤一中的几何截面，那么如何定义梁的截面是我在步骤一中建立的几何截面呢？主要是通过sectype，secread命令建立的。sectype是用来指定梁截面是从网格定义的，secread为读取网格文件。可以用Beam单元介绍中的任意截面代替这里的MESH。如建立工字形截面：sectype,1,beam,I

sectype,1,beam,mesh ! 指定梁单元截面类型secread,mesh1,sect,,mesh !读取前面定义的截面网格文件，作为梁单元截面。

可以通过GUI方式查看相应的截面形状

SECTYPE,ID,taper        ! 指定梁单元截面类型为变截面SECDATA,ID,             ! 起始截面SECDATA,ID,             ! 末端截面

创建一条线，并进行梁单元划分，对不同段线条进行不同的梁截面划分。

type,beam188  !梁单元secnum,ID     !梁截面选择lmesh,        !线网格划分

/soluantype,modal            ! select modal analysis                                       modopt,lanb,10mxpand,10, , ,yes       ! expand 10 mode shapessolvefinish