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兆瓦級風力發電機組機艙罩多采用FRP等復合材料制成，由于FRP等復合材料各向異性且鋪層結構復雜，再加上大型機艙罩部件的結構復雜，現階段對其結構強度分析仍采用力學實驗測定結合手工校核計算，其有限元分析仍處于研究階段。在分析復合材料層合板理論及其數學模型的基礎上，利用ABAQUS軟件采用Ｓ4Ｒ和Ｓ3殼單元模擬某機艙罩部件FRP層壓板結構進行極限風速下非線性有限元分析仿真，構建了一種基于ABAQUS兆瓦級風電機組機艙罩非線性有限元分析仿真的方法，并給出了示例。
機艙罩FRP(即玻璃纖維增強型塑料)復合材料力學分析是建立在復合材料經典層合板理論及其非線性數學模型基礎之上的，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理想結構單元，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，無錯動，且沿厚度方向變形連續；
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軟件是國際上公認最好的大型通用有限元分析軟件之一，以精于求解復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先水平，采用ＣＡＤ建模和可視化視窗系統，具有非常好的人機交互使用界面，對于初學者非常容易上手，其分析已廣泛應用于機械、化工、冶金、土木、水利、材料、航空、船舶、汽車、電器等各個領域。現以某機艙罩部件為研究對象，利用ABAQUS軟件采用Ｓ4Ｒ和Ｓ3殼單元模擬該機艙罩部件FRP層壓板結構進行極限風速下的非線性有限元分析仿真。
在實際的工程應用中，利用現有該機艙罩部件CAD三維模型，將其轉換為通用數據格式導入ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ，進行實體模型抽中面(抽取薄殼實體模型的三維中性曲面)處理，并導成ＩＧＥＳ格式，從而得到機艙罩部件中性層的三維曲面幾何模型，如圖所示。
機艙罩使用的是FRP，其各向異性，沿軸向的力學性能最好，非軸向很弱，為此必須通過鋪層設計改變各鋪層走向加以彌補。本研究利用ABAQUS軟件提供的多層復合材料殼單元—Ｓ4Ｒ殼單元和Ｓ3殼單元，分別是1種4節點縮減3Ｄ單元和1種3節點縮減3Ｄ單元，可模擬復合材料層合板各鋪層特性和各向異性。單元鋪層完全按實際工藝設計，按層合板(0°/90°/45°/-45°)ｓ順序設置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。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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