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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，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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