0.00307 0.008584 0.989723 -0.15623 0.008566 0.017366 0.978846 -0.15058 0.016867 0.025497 0.967343 -0.1441 0.026754 0.033659 0.955118 -0.13692 0.038288 0.041638 0.942029 -0.12919 0.05137 0.049419 0.928048 -0.121 0.065883 0.057055 0.913261 -0.11228 0.081763 0.064538 0.897618 -0.10315
0.098958 0.071847 0.881109 -0.09368 0.117413 0.078964 0.863983 -0.08368 0.137065 0.085868 0.84629 -0.07319 0.157856 0.09253 0.82768 -0.06261 0.179721 0.098915 0.808172 -0.05203 0.202589 0.104985 0.788161 -0.04115 0.226383 0.110704 0.767732 -0.02997 0.251015 0.116037 0.746749 -0.01876 0.276398 0.120928 0.725189 -0.00764 0.302431 0.125347 0.703093 0.003312 0.32901 0.129259 0.680542 0.014042 0.356024 0.132626 0.657602 0.024486 0.383357 0.135404 0.634278 0.034503 0.410889 0.137544 0.610634 0.04401 0.438497 0.139005 0.586784 0.052989 0.466051 0.139739 0.56282 0.061393 0.49342 0.139652 0.538831 0.06917 0.520659 0.138635 0.514672 0.076366 0.548034 0.136571 0.489959 0.083106 0.575423 0.133431 0.464762 0.089417 0.60268 0.129275 0.439205 0.095318 0.629669 0.124205 0.413397 0.100812 0.656275 0.11837 0.387446 0.105892 0.682404 0.111954 0.361455 0.11055 0.707965 0.105098 0.335535 0.114791 0.732877 0.097922 0.309786 0.118603 0.757066 0.090544 0.284304 0.12196 0.780466 0.083072 0.259185 0.124844 0.803012 0.075585 0.234531 0.127269 0.824645 0.068158 0.210436 0.129234 0.845316 0.060859 0.186986 0.130722 0.864979 0.053747 0.164269 0.131709 0.883583 0.046838 0.142365 0.13219 0.901061 0.040092 0.12136 0.132181 0.917368 0.033508 0.101329 0.131653 0.932484 0.027129 0.082358 0.130546 0.946431 0.021073 0.064545 0.128783
0.959248 0.015476 0.047988 0.126363 0.97098 0.010474 0.032818 0.123242 0.981682 0.006209 0.019253 0.119269 0.991411 0.002871 0.007896 0.114029 0.006381 -0.00642 0.006794 0.099852 0.016525 -0.01001 0.01903 0.094514 0.028151 -0.01238 0.03283 0.089821 0.040966 -0.01425 0.04773 0.085259 0.054881 -0.01597 0.063523 0.080542 0.069863 -0.01769 0.080141 0.075602 0.085892 -0.01942 0.097547 0.070443 0.102943 -0.02116 0.115733 0.065122 0.120986 -0.02292 0.134651 0.05964 0.139985 -0.02469 0.154226 0.053948
0.1599 -0.02647 0.174404 0.048044 0.180685 -0.02824 0.195148 0.041969 0.202288 -0.02998 0.216413 0.035753 0.224651 -0.03168 0.238147 0.02942 0.247709 -0.03332 0.260291 0.022982 0.271395 -0.03486 0.282778 0.016447 0.295632 -0.03627 0.305547 0.009834 0.320341 -0.03757 0.32855 0.003194 0.345436 -0.03872 0.351731 -0.00344 0.370834 -0.03955 0.375005 -0.01009 0.39644 -0.04004 0.398287 -0.01676 0.422147 -0.04067 0.421531 -0.02341 0.447858 -0.04151 0.444707 -0.02995 0.473492 -0.04133 0.467755 -0.03634 0.498913 -0.03952 0.49063 -0.04262 0.524414 -0.03714 0.513677 -0.04891 0.550155 -0.03494 0.537077 -0.05522 0.575994 -0.03248 0.560773 -0.06149 0.60179 -0.02943 0.584708 -0.06767 0.627451 -0.02599 0.608821 -0.07368 0.652896 -0.02235 0.63303 -0.0795 0.678035 -0.0186 0.657248 -0.08513 0.702782 -0.01481 0.681389 -0.09053
0.727058 -0.01108 0.70537 -0.0957 0.750788 -0.00751 0.729101 -0.10063 0.773903 -0.00419 0.752487 -0.10534 0.796333 -0.00122 0.775435 -0.10985 0.818012 0.001351 0.797851 -0.11421 0.838874 0.003474 0.819655 -0.11842 0.858855 0.005119 0.840777 -0.12248 0.877897 0.006274 0.861135 -0.12643 0.895943 0.006943 0.880633 -0.13038 0.912943 0.007147 0.899205 -0.13434 0.928855 0.006931 0.916813 -0.13827 0.943639 0.006351 0.93342 -0.14214 0.957271 0.005469 0.948985 -0.14596 0.969732 0.004351 0.963467 -0.14974 0.981013 0.003053 0.976829 -0.15348 0.991101 0.001576 0.98901 -0.15723 1 0 1 -0.16096
表6 .實驗與分析扭矩比較驗證
發電量(W) 轉數(rpm) 實驗扭矩(N-m) 分析扭矩(N-m) 誤差(%) 51.6 50~56 9.855 9.052 8.15
表 7. NACA 4418 翼型外部座標點資料
Upper Surface Lower Surface
x/c y/c x/c y/c
表 8. NACA4418 在 Re＝1×105最佳升阻力係數
表 12. 1KW 發電機與葉片的轉數、扭矩、風速匹配 輸出功率(W) 轉數(rpm) 扭矩(N-m) 分析風速(m/s)
1000 180 53.05 5
表 13. 3KW 發電機性能(Maximum 5KW) 輸出功率(W) 轉數(rpm) 扭矩(N-m) 需求風速(m/s)
1000 40 35 4
2000 80 100 6
3000 120 170 9
4000 160 250 10 5000 200 300 14
表14. 混合元素變形與彎曲應力結果
σmax(MPa) δ(m) Load(N) 混合Solid95和Shell99 0.121 78.845 102
材料力學 0.1224 79.6 102
表 15. 分析材料參數
1.000E+07 3.226E+09 6.89E+10 Ey 3.648E+10
表 18. Graphite/Epoxy(Q-1115)的材料參數 Material Constants Strengths
E1=142.5 GPa XT=2193.5 MPa XεT=0.015393 failure load
L(N)
Theoretical failure load
F1(N)
Laminates Experimental strength (N)
Analytical strength Theoretical
strength Error(%) Ansys
(N) Error(%)
表 22. Whiffle tree 試驗的結果
製程 葉片重量(g) 承受最大負載(kg) 破壞模式 手積層+ RTM 780 126(夾具 15kg) 接頭破裂
表 23. 首層破壞施力
Failure criterion Load direction Ansys F(N) Laminate number Maximum stress
+Y
480 8表 24. 極限破壞施力 Failure
criterion
Load direction
Experimental failure load L(N)
Ansys
F(N) Error(%) Maximum
stress
+Y
1236.06 1032 16.5表 25. 葉片結構材料重量
材質 密度(kg/m3) 部位 重量(kg) 1 PS 13.62 芯材 0.21 0.19(2mm)
2 樹脂 1170 18 2.19(2mm)
3 玻璃纖維布/樹脂 1870 披覆外層 1.7 (2mm)
4 鋁(6061-T6) 2702 接頭 1.45
5 碳鋼 7850 接頭 4.21
表 26. 鋁(6061-T6)材料強度
拉應力 Mpa 壓應力 Mpa 剪應力 Mpa
降伏強度 255 255 131
極限強度 290 290 186
表 27. 材料力學計算應力
中空管壁厚度 (mm) σ(MPa) τ(MPpa)
1 5 31.1 1.89
2 2 79.7 4.95
表 28. 葉片受均勻風速 60 m/s 變形量 疊層方式 變形量(m)
4-8 0.128 2-4 0.256 2 0.468
表29. 2.5m葉片首層破壞風速及位置(4-8層)
應用破壞準則 受風方向 風速(m/s) 首層破壞層 首層破壞位置(m)
最大應力破壞準則 -Z 83 8 0.15
表30. 2.5m葉片極限破壞風速(4-8層)
受風方向 破壞風速(m/s) 壓力(Pa)
-Z 131 10511.1
圖 1. 風力發電機運轉原理示意圖
圖 2. 風力葉片說明示意圖
圖 3. 不同風力機型式 Cp對 λ 曲線[24]
圖 4. 不同翼型外型之效率比較圖[24]
圖5. 轉子固相比與葉尖速度比關係圖[25]
圖 6. 葉片翼型說明圖
圖 7. 葉片元素理論示意圖
圖8. 翼型受風作用力分解圖
圖 9. 纖維複材板的主座標系統
圖 10. 複材疊層厚度堆疊示意圖
圖 11. 疊層破壞 F-u 關係示意圖
圖 12. 複合材料纖維座標軸的取法
Note: circle i ith load increment
圖 13. S809 翼型外部座標點資料取法示意圖
圖 14. 5.03m 葉片外形[27]
圖 15. 驗證氣動力公式與文獻扭矩-風速圖[27]
圖 16. 室內測試
圖 17. NACA 4418 翼剖面
圖 18. NACA4418 翼型最佳攻角及升阻力係數圖
圖 19. 2.5 m 兩種葉片外形
圖 20. 2.5 m 兩種葉片外形不同風速扭矩圖
圖 21. 2.5 m 風力葉片發電機性能扭矩-轉數圖
圖 22. 懸臂梁 Ansys 建模
圖 23. 懸臂梁變形示意圖
圖 24. 50cm 長的保麗龍葉片模型
圖 25. 玻璃纖維布複材貼覆方式
圖 26. 葉片製作過程
圖 27. 玻璃纖維複合材料葉片
圖 28. 葉片靜態受風測試
圖 29. 玻纖複材葉片應變規黏貼位置
圖 30. 量測點 1 的應變值(放大倍率 106)
圖 31. 量測點 2 的應變值(放大倍率 106)
圖 32. 50 cm 葉片 Ansys 建模示意圖
圖 33. 薄板中央施力及邊界條件示意圖
圖 34. 破壞過程 F-u 關係圖
圖 35. 1m 風力葉片 4-8 層(780g)
圖 36. 調整距離來模擬真實葉片的負載力(單位:m)
圖 37. Whiffle tree 實體組裝
圖 38. Whiffle tree 實驗示意圖
圖 39. 葉片玻纖布強化層數位置示意圖
圖 40. 1m 葉片的 Ansys 建模
圖 41. 葉片破壞分析過程示意圖
圖 42. 葉片接頭實驗破壞位置示意圖
+Y
圖 43. 1 m 葉片接頭破壞狀況(單位:m)
圖 44 . 第八層 XY 方向應力(單位:m)
圖 45. 1m 葉片分析+Y 方向破壞量測自由端 F-u 關係曲線
圖 46. 金屬接頭尺寸示意圖
圖 47. 葉片受均佈風速壓力作用示意圖
圖 48. 葉柄局部應力示意圖
圖 49. 葉柄組裝接頭示意圖
圖 50. 風力葉片受風施力方向示意圖
圖 51. 2.5m 葉片 Ansys 建模示意圖
圖 52. 葉片玻璃纖維布強化層數位置示意圖
圖 53. 均 2 層玻璃纖維布葉片 y 方向應力示意圖
圖 54. 4-8 層玻璃纖維布葉片 y 方向應力示意圖
圖 55. 2-4 層玻璃纖維布葉片 y 方向應力示意圖
圖56. 4-8層葉片於首層破壞第八層sxz方向應力
圖 57. 4-8 層葉片-Z 方向極限破壞風速與位移關係圖
圖58. 葉片設計及發電機匹配流程圖