风叶专题四结构设计13举重器材

风叶专题(四)结构设计4

(2)结构分析

木质叶片/竹质叶片可以作为优良的主体支撑材料，与碳纤维比较，最大的优势在于提供同样力学性能所需材料的经济效益(性价比，生产能耗比等)更高；据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，但是在进一步进行形状设计之前，需要明确该结构设计上的重大变化对形状设计产生的影响。这个分析过程是结构优先的设计方法与传统方法的主要不同点所在。

首先，同样截面积的竹材的力学性能(拉伸模量，压缩模量等)不如碳纤维中国机械网okmao.com。据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，为了满足相同的力学设计要求，竹质叶片的壁厚要比碳纤维叶片的厚，但是壁厚作为结构设计的参数不能用叶片形状的参数表达，所以在形状设计时可以暂时不必考虑，而将该重要的约束条件留在结构设计中进行。

其次，据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，竹层积材的加工工艺中为了使较长的竹材在力学性能上有更大的优势，要求叶型在沿叶片长度的方向要避免突变。否则，将不得不采用更多更短然而性能将更差的竹材来拟合叶片的曲面。由此结构设计对形状设计给出的约束可以用叶型参数来描述为“曲率的均方小于给定值”，l表示叶片长度，y(r)表示弦长(chord)随长度的变化，k(r)为曲率公式，表示弦的曲率；为方便讨论，将以上指标简记为<0。

然后，我们根据针对竹质叶片的特点的结构分析的结果给出更多的指标集<0，其中k=1..n。

(3)形状设计

通过以上结构分析，我们已经提出了一系列指标集作为结构分析的结果，作为形状设计过程的约束，该约束即为“结构优良叶型”的数学表达。据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，通过数学工具，解决以上优化问题，得到在此条件下的最优的叶型设计。

(4)结构设计和结果调整

在完成以上形状设计的前提下，结构设计的步骤与传统的结构设计几乎是一样的。据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，由于结构设计要考虑的一些设计难点已经在形状设计优化的过程中有所体现，因而减轻甚至避免了结构设计的瓶颈问题。

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