一种基于零泊松比与角梯度蜂窝的风力机叶片主梁结构的制作方法

本发明涉及风力机叶片内结构，尤其涉及一种基于零泊松比与角梯度蜂窝的风力机叶片主梁结构。

背景技术：

为了提高能量吸收能力与减振降噪效果，越来越多的层合蜂窝结构被开始运用到中小型风力机叶片主梁结构的设计当中，然而多项材料的结合也凸显出了这种层合主梁结构易出现层间剪切破坏的失效现象。

大部分层合结构内蜂窝芯平面内的泊松比一般为正值，但是通过改变材料的内部结构也有可能使结构呈现出零泊松比的效果，在收到平面外弯曲载荷时，零泊松比蜂窝芯不会出现常规正泊松比蜂窝芯的马鞍形变形，从而提高了与薄壁皮层之间变形的匹配程度，可以降低了层间切应力的分布。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、能降低层间切应力的基于零泊松比与角梯度蜂窝的风力机叶片主梁结构。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于零泊松比与角梯度蜂窝的风力机叶片主梁结构，包括抗剪腹板1、横梁板2；所述横梁板2固定在抗剪腹板1两侧边；

所述抗剪腹板1包括两块夹板及夹持在两夹板之间的角梯度蜂窝状结构构成；

所述横梁板2包括两块夹板及夹持在两夹板之间的零泊松比蜂窝芯网格构成。

所述零泊松比蜂窝芯网格由一组横向拉胀边、一组横向蜂窝边以及两组斜向蜂窝边组成；

每个横向拉胀边和横向蜂窝边通过两个斜向蜂窝边连接且相邻的横向拉胀边与横向蜂窝板分别在斜向蜂窝边的两侧。

所述横向蜂窝边与斜向蜂窝边长度相等，横向拉胀边长度是横向蜂窝边和斜向蜂窝边长度的两倍。

所述横向拉胀边与横向蜂窝边的层数之比为1:1。

相邻的斜向蜂窝边之间具有120°的夹角。

所述角梯度蜂窝状结构的斜边与竖直边所成钝角的数值，由角梯度蜂窝状结构的中部开始向外逐渐变小，从而实现剪切刚度从中心开始向外变小。

所述角梯度蜂窝状结构的截面形状为六边形。

所述抗剪腹板1的两侧边连接在横梁板2的中部，两者结合后构成风力机叶片主梁，其截面形状呈“工”字型结构。

所述抗剪腹板1短边垂直于横梁板2的短边。

所述抗剪腹板1和横梁板2的材质为铝材或者钢材；所述剪腹板1与横梁板2之间的连接采用滚压、焊接或者粘结。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

对于主梁中的抗剪腹板来说，其主要受到平面内的弯曲载荷，在这种载荷作用下，腹板芯层中部的切应力远高于上下两端的切应力，而研究表明王棕分枝结构的刚度梯度分配可以有效降低组织中间层截面上的切应力，通过改变抗剪腹板蜂窝芯层结构中斜边的角度可以实现类似于王棕分枝结构的剪切刚度分配趋势，从而有效提高腹板芯层中部的剪切刚度，降低其在平面内弯曲载荷下的切应力。由此可见，本发明通过引入两种蜂窝芯结构，改善了横梁层间与抗剪腹板内的切应力分布。本发明角梯度蜂窝状结构的斜边与竖直边所成钝角的数值，由角梯度蜂窝状结构的中部开始向外逐渐变小，从而实现剪切刚度从中心开始向外变小。

本发明风力机叶片主梁结构结构简单，可以通过滚压成型、挤出等工艺大量快速生产，适合工业应用。

附图说明

图1为本发明基于零泊松比与角梯度蜂窝的风力机叶片主梁结构示意图。

图2为本发明零泊松比蜂窝芯网格结构示意图。

图3为本发明角梯度蜂窝状结构结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图所示1至3。本发明公开了一种基于零泊松比与角梯度蜂窝的风力机叶片主梁结构，包括抗剪腹板1、横梁板2；所述横梁板2固定在抗剪腹板1两侧边；所述抗剪腹板1包括两块夹板及夹持在两夹板之间的角梯度蜂窝状结构构成；所述横梁板2包括两块夹板及夹持在两夹板之间的零泊松比蜂窝芯网格构成。

所述零泊松比蜂窝芯网格由一组横向拉胀边、一组横向蜂窝边以及两组斜向蜂窝边组成；

每个横向拉胀边和横向蜂窝边通过两个斜向蜂窝边连接且相邻的横向拉胀边与横向蜂窝板分别在斜向蜂窝边的两侧。

所述横向蜂窝边与斜向蜂窝边长度相等，横向拉胀边长度是横向蜂窝边和斜向蜂窝边长度的两倍。

所述横向拉胀边与横向蜂窝边的层数之比为1:1。相邻的斜向蜂窝边之间具有120°的夹角。

所述角梯度蜂窝状结构的斜边与竖直边所成钝角的数值，由角梯度蜂窝状结构的中部开始向外逐渐变小，从而实现剪切刚度从中心开始向外变小。

所述角梯度蜂窝状结构的截面形状为六边形。所述抗剪腹板1的两侧边连接在横梁板2的中部，两者结合后构成风力机叶片主梁，其截面形状呈“工”字型结构。

所述抗剪腹板1短边垂直于横梁板2的短边。

所述抗剪腹板1和横梁板2的材质为铝材或者钢材；所述剪腹板1与横梁板2之间的连接采用滚压、焊接或者粘结。

如上所述，本发明由具有零泊松比蜂窝结构的三明治层合板作为上下横梁，由具有仿王棕刚度分配角梯度蜂窝结构的三明治层合板作为抗剪腹板。零泊松比结构在平面外载荷下的低泊松比效应可以降低皮层与芯层之间的切应力分布，而仿王棕刚度分配的角梯度蜂窝通过提高内部单元剪切刚度而降低了在面内载荷下蜂窝内部切应力，综合考虑风力机叶片主梁结构的受载特点，将零泊松比与角梯度蜂窝同时运用在结构设计中，可以实现改善内结构中与层间切应力分布的效果，从而降低脱层破坏的风险。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。