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2 叶片弯扭耦合设计
在叶片构造中，主梁是主要承载结构，叶片弯扭耦合也主要发生在主梁上。由上一节理论估算，碳纤维材料单向层层合板铺层方向角在15~30°之间，耦合程度较高。下面针对碳纤维材料对750kW叶片玻璃钢主梁进行弯扭耦合设计，分别对铺层角为0°、5°、15°、20°、25°、30°时进行刚度计算，根据刚度对等原则重新设计铺层厚度。
图4所示为750kW叶片主梁示意图。将主梁铺层材料替换成碳纤维增强材料。由式(25)和式(26)计算单层偏轴模量Q’(i,j＝1,2=6)，代入式(14)中，得到Qij(i,j＝1,6)，再代入Aij＝∫QijdT可计算出主梁层合板各截面轴向拉伸刚度系数。轴向拉伸刚度系数与轴向弯曲刚度系数关系如下[14]：
由式(27)可计算出主梁各截面弯曲刚度系数，计算结果如图5所示。在图5中，曲线由上到下，铺层角逐渐增大，中间黑实线高亮显示的曲线为原设计曲线。曲线表明，铺层角增大,主梁弯曲刚度逐渐减小。观察曲线，就弯曲刚度而言,采用碳纤维时,在厚度不变的前提下,15°铺层角所得刚度与玻璃纤维0°铺层角所得刚度最接近。20°以后，主梁弯曲刚度将会有所损失。所以，就本文叶片而言，采用弯扭耦合设计时，铺层角应该20°以内。根据前面计算结果与图3，采用碳纤维/环氧时，耦合程度最好的铺层角在15~30°之间。结合刚度和耦合设计理论，15°将是最合适的铺层角。
从图5中可以看出，15°铺层角所得刚度值仍然高于本文设计值。因此可以适当减小碳纤维铺层厚度以节约成本。经过计算，主梁各截面铺层厚度见表2。各截面铺层厚度平均减少11.33％。
