潮流能作为一种新型可再生能源,因其具有诸多优点受到了世界众多国家的青睐。叶片是潮流能发电装置的重要组成部分,其性能的好坏直接影响着水轮机的工作效率。其中,良好的水动性能是叶片获得较高能量利用率的前提,良好的结构性能是叶片安全运行的保证。本文是在已给定的叶片翼型的基础上对100kW潮流能叶片结构进行的设计选型研究。希望叶片以较小的质量满足强度、刚度、稳定性等要求,并能抵抗强潮流的袭击。本文首先系统地回顾了国内外潮流能发展现状,在归纳潮流能水轮机叶片和参考风力机叶片结构的基础上,提出了100kW级水平轴潮流能水轮机叶片的3种结构形式,即,全金属叶片、全复合材料叶片、金属框架+复合材料蒙皮叶片。考虑到不同材料特性,又设计了不同的内部框架结构形式,包括骨架式全金属叶片、腹板式和箱型梁式全复合材料叶片、腹板骨架式、工字梁骨架式、箱型梁骨架式的金属框架+复合材料蒙皮叶片。为使材料充分发挥作用,在结构设计中提出了沿叶片展向进行分区、变厚度梯度设计概念。应用有限元软件ANSYS Workbench对以上叶片的不同结构形式进行了计算,对比分析了各种参数对结构力学性能的影响,最终比选出箱型梁骨架式的金属框架+复合材料蒙皮叶片结构形式更为安全、合理。为避免叶片发生共振并保证叶片局部及整体的稳定性,对选型叶片进行了动力特性分析。模态分析表明:叶片在低频率下的振型主要为挥舞和摆振,且其固有频率避开了叶片工作时的激励频率,叶片不会发生共振破坏。屈曲分析表明:叶片所受载荷小于叶片的临界载荷,叶片不会发生屈曲失稳。该选型叶片的结构形式和材料布置,有效地减轻了叶片自重并提高了叶片的强度和刚度,可为今后同类叶片的设计提供参考。