基于等几何分析的三维风力机叶片数值仿真研究

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针对风力机叶片在有限元分析中网格识别精度低、求解精度差和效率低的问题,文章提出了风力机叶片的等几何分析(IGA)方法,将模型的设计和分析采用同一基函数,从根本上消除模型设计与分析间的误差,避免了复杂的网格划分过程。首先构建了适合IGA的风力机叶片NURBS模型;然后推导三维静力学IGA相关计算公式,实现三维复杂风力机叶片的IGA。为验证该方法的正确性与优越性,一方面通过简单算例的精确解对比验证,另一方面将计算结果与商业软件进行对比。结果表明:IGA与简单算例精确解的误差为0.22%,与商业软件的最大误差为5.1%;当IGA的节点数为600时,计算时间为43 s,其计算结果与商业软件中节点数为2 300时,计算时间为151 s的计算结果基本一致。证明了在保证较高计算精度的条件下,风力机叶片的IGA较有限元求解节省了大量的节点,提高了求解的效率。
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