STRUCTURAL DESIGN AND PERFORMANCE ANALYSIS OF WIND TURBINE BLADE BASED ON BIONICS

ZHU Haibo; MIAO Weipao; WANG Haisheng; LI Chun; FAN Shijie; YUE Minnan

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.014

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STRUCTURAL DESIGN AND PERFORMANCE ANALYSIS OF WIND TURBINE BLADE BASED ON BIONICS

·Optimization·Reliability· | 更新时间：2025-04-25

- STRUCTURAL DESIGN AND PERFORMANCE ANALYSIS OF WIND TURBINE BLADE BASED ON BIONICS
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 4, Pages: 112-121(2025)
- 作者机构：
  
  上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093
- 作者简介：
  
  MIAO Weipao, E-mail: mwpusst@163.com
- 基金信息：
  
  Found：National Natural Science Foundation of China(51976131;52006148;52106262)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.014
  CLC： TK83
- Received：28 August 2023，
  
  Revised：16 October 2023，
  
  Published：15 April 2025
- 稿件说明：
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朱海波，缪维跑，王海生，等. 基于仿生学的风力机叶片结构设计及性能分析［J］.机械强度，2025，47（4）：112-121.

ZHU Haibo，MIAO Weipao，WANG Haisheng，et al. Structural design and performance analysis of wind turbine blade based on bionics［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（4）：112-121.
朱海波，缪维跑，王海生，等. 基于仿生学的风力机叶片结构设计及性能分析［J］.机械强度，2025，47（4）：112-121. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.014.

ZHU Haibo，MIAO Weipao，WANG Haisheng，et al. Structural design and performance analysis of wind turbine blade based on bionics［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（4）：112-121. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.014.

摘要

鉴于风力机叶片内部结构与植物叶片存在一定的相似性，基于仿生学方法将植物叶片中轴形态应用于5 MW风力机叶片，提出一种新型仿生叶脉结构分布，并提出完整的复合材料叶片铺层方案。通过流固耦合方法对新型仿生叶脉叶片进行模态分析与静力学分析。结果表明，仿生叶片前6阶固有频率相较于传统铺层叶片均有所提高且不易发生共振，其抗扭转特性也有所提高；在50 m/s的极端风载荷作用下，仿生叶片叶尖位移量明显小于传统叶片，应变分布与切应力分布较传统叶片分布更加均匀，但切应力最大值有所增加。

Abstract

Due to the similarity between the internal structure of wind turbine blades and plant leaves

a new type of bionic leaf vein structural distribution was proposed

along with an entire composite blade layup program based on the bionic method of applying the mid-axis morphology of plant blades to 5 MW wind turbine blades. The modal analysis and static analysis of the new bionic vein blade were performed using the fluid-solid coupling method. The results show that the first six-order of the nature frequency of the bionic blade are improved in comparison to the traditional layup blade and are difficult to resonate

as well as its torsion resistance. Under the extreme wind load of 50 m/s

the displacement of the bionic blade’s tip is significantly smaller than that of the traditional blade

and the distribution of the strain and the distribution of the shear stress are more uniform than those of the traditional layup blade

but the maximum value of shear stress rises.

关键词

Keywords

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