葉片實體模型的建立
    葉片實體模型在ANSYS中采取自下而上的方式建立，模型建立前先要確定葉片的翼型，翼型的形狀直接影響葉片的氣動性能。風機葉片的翼型是葉片在其展長方向上某一位面的輪廓線，翼型一般是瘦長形狀，其前部較厚且有小圓弧狀的前緣，而其后部較薄且有一較尖的后緣，如圖1所示。為方便建模，根據750kW葉片翼型的特點，將葉片劃分為44段，共有45個截面，建立每個截面的關鍵點，將關鍵點連接成線，然后連接相應的線成面，實現葉片的實體建模。
1  建立翼型截面輪廓線
    葉片截面的翼型數據可以通過Profili軟件得到，獲得截面的關鍵點坐標以后，通過命令流的形式建立關鍵點（如圖1所示），數據格式如下：
    
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    翼型截面關鍵點建立以后，將每個截面的30個點分為6組，通過主菜單→Preprocesso→Modeling→Create→Lines→Spline→Spline thru KPs建立6條曲線，即可得到翼型的某一輪廓線，如圖2所示。在葉片的每兩個翼型截面之間，以輪廓線上的曲線端點為關鍵點建立6條縱向直線，將葉片上所有的翼型輪廓線通過縱向直線連接起來。
   
2  建立葉片實體模型
    葉片翼型截面輪廓線共有45個，每兩個截面間的曲線和直線都是對應的，因此通過主菜單→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→By Lines可以在對應的線段之間建立曲面，每兩個翼型截面之間都有6個曲面，將所有的曲面建立完畢后即可得到整個葉片的實體模型，如圖3所示。由于該葉片為空心結構，為了增加強度，在葉片中間加設主梁和腹板，主梁是以玻璃纖維粗紗為增強材料的預成型件，其寬度沿著展長方向遞減，而厚度則是沿著展長方向先增大然后逐漸減小，腹板是等厚漸窄的夾芯結構預成型件。在模擬主梁時，將主梁在葉片上的區域按其形狀單獨分開，通過實常數賦值實現模擬。而腹板是在葉片的上下面內建立曲線，在上下對應的曲線之間通過主菜單→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→By Skining建立腹板面來連接葉片的上下面，應用ANSYS中夾芯單元實現腹板的模擬。[-page-] 
   
2 葉片有限元模型的建立
2.1  模型參數的設置
    在ANSYS中，可用于模擬復合材料鋪層結構的單元類型有SOLID46、SHELL91、SHELL99,SHELL181和SOLID191五種單元。根據葉片層合板的特點采用SHELL91和SHELL99兩種類型單元模擬，SHELL91可以模擬具有夾芯結構的層合板，允許輸入的復合材料多達100層；而SHELL99可以模擬非夾芯結構層合板，允許輸入的復合材料多達250層。應用SHELL91模擬夾芯結構時，使單元參數KEYOPT(9)＝1，以此聲明該結構為夾芯結構，同時使KEYOPT(5)＝1以獲得中間層精確的結果。SHELL91單元還可以對同一個節點定義兩種材料屬性。為使分析更加準確，要根據葉片的實際結構通過設置單元參數KEYOPT(11)來確定節點外置，見圖4。如果節點中置（KEYOPT（11）＝0），則會影響計算結果，尤其是對葉片的彎曲應力和扭轉剛度影響較大。
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    為了使計算結果合理準確，ANSYS在選定SHELL91的夾芯結構功能時附加了一些限定條件：
    (1)夾芯與整個夾芯復合板的厚度比值好≥5/6，但必須≥5/7，如圖5所示；
    
    (2)蒙皮與夾芯楊氏模量得到比值好在100~10000范圍內，但必須在4~1000000內；
    (3)在彎曲載荷作用下的曲率半徑與夾芯復合板厚度的比值好≥10，但必須≥8。
    風機葉片的主梁和蒙皮采用非等厚度復合材料鋪層結構，如圖6所示。在葉根處的復合材料鋪層高達100多層，厚度也達到大值，從葉根開始沿展長方向蒙皮厚度先減小后增大，在葉片中間保持不變，趨于葉尖時蒙皮厚度逐漸減至小值，而在前后緣的蒙皮增強部位，也是非等厚度復合材料鋪層結構。因此為了模擬葉片的實際鋪層結構，根據蒙皮的不同厚度劃分區域，設置了不同的實常數，每個實常數都包括相應的材料性能參數、鋪層角和鋪層厚度。本例在統計完葉片的實際鋪層后做了部分簡化，一共設置了100多個實常數，每個實常數都是對應于不同區域。
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2.2  葉片網格的劃分
    在劃分葉片網格時．將SHELL91和SHELL99與實常數相結合來實現對葉片實際鋪層結構的模擬，通過主菜單→Preprocessor→Meshing→MeshTool進行網格劃分，劃分時采用映射與自由劃分的方式來控制網格的精度。在模擬過程中，采用了兩種實常數賦值法，即面賦值法和單元賦值法。所謂面賦值法，就是在劃分網格時，將實常數賦值于要劃分網格的面上，例如葉根、主梁、腹板等結構，通過此法就可以很容易地實現鋪層的模擬；而單元賦值法，就是在劃分網格時定義單元的尺寸，網格形成以后通過主菜單→Preprocessor→Modeling→Move/Modify→Elements→Modify Attrib改變單元的實常數屬性。例如在前后緣的增強部位，通過此法可實現對增強鋪層的模擬。
    為減輕葉片的重量，在葉片的主梁兩側、前緣和后緣上使用了大量的夾芯結構。夾芯結構由蒙皮和夾芯材料組成，夾芯結構的使用降低了葉片成本，增強了葉片的局部抗彎和抗剪能力，并使整個葉片達到輕質高強。利用SHELL91（KEYOPT（9）=1）來模擬葉片的夾芯結構進行網格劃分時，在前緣部位存在一些單元因不能滿足夾芯結構的限定條件而無法進行求解計算，但由于葉片的外形和前緣曲率已經確定，故將這些不滿足要求的單元用不帶夾芯結構的SHELL91（KEYOPT（9）＝0）來模擬，雖然這會對結果產生偏差，但這種偏差在允許范圍。將葉片的網格全部劃分完成以后，葉片的有限元模型也就建好了，對建好的有限元模型施加邊界條件和各種工況載荷，就可研究葉片的強度、剛度、振動頻率和疲勞壽命等結構性能，以完成對葉片的結構分析和設計研究。圖7所示為葉片的某一截面結構圖。圖8所示為葉片的有限元模型。