風(fēng)力機(jī)葉片沖擊問題分析（上）

　　1. 引言
　　當(dāng)沖擊物以一定的速度作用在構(gòu)件上時(shí)，在極短時(shí)間內(nèi)，構(gòu)件使沖擊物的速度為零，此時(shí)二者之間產(chǎn)生一定的沖擊載荷、沖擊變形及由沖擊載荷產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力。由于碰撞時(shí)產(chǎn)生的沖擊力不僅很大，而且很復(fù)雜。在碰撞的瞬間沖擊力的波形與碰撞的速度、相撞雙方的質(zhì)量分布、接觸處的形狀、材料變形等因素相關(guān)。根據(jù)動(dòng)量守恒定理計(jì)算得到的只是名義上的平均沖擊力，而最大沖擊力可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平均沖擊力。MD Nastran提供了顯式非線性模塊SOL 700，可以求解包含幾何非線性的瞬態(tài)動(dòng)力性問題。沖擊問題中，侵徹問題是顯式非線性分析的典型應(yīng)用之一。侵徹過程時(shí)間很短，一般在幾十微秒至幾十毫秒之間，撞擊速度快，材料性質(zhì)與準(zhǔn)靜態(tài)過程差別很大，經(jīng)常需要考慮應(yīng)變率的影響。鳥撞分析也是顯式非線性分析的典型應(yīng)用之一。鳥撞過程時(shí)間相對較長，一般在ms量級(jí)上，撞擊速度不很快。風(fēng)力機(jī)葉片運(yùn)行過程中，由于受到冰雹等影響，需要進(jìn)行沖擊問題的分析。由于風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不高，冰雹沖擊時(shí)間相對較長，因此風(fēng)力機(jī)葉片的沖擊分析更接近于鳥撞問題。
　　2.工具與流程
　　本文采用MD Nastran 提供的SOL 700模塊的顯式時(shí)間積分方法，對每個(gè)增量步求解流程如下： 　　縱觀顯式時(shí)間積分方法，它不需要進(jìn)行矩陣的分解或矩陣求逆，因此每個(gè)增量步的計(jì)算量較小。顯式時(shí)間積分不是無條件穩(wěn)定的的，其積分步長必須小于一個(gè)完整的應(yīng)力波傳過模型中最小單元的時(shí)間，從數(shù)值計(jì)算上要求小于模型的所有固有周期。
　　顯式時(shí)間積分的時(shí)間步長為：