1、葉片是潮流能水輪機組的主要獲能部件，葉片良好的設計、輕便的質(zhì)量和穩(wěn)定的性能對機組正常運行起著重要作用。目前，針對水輪機葉片結(jié)構(gòu)分析設計的研究多是集中在對葉片外形設計、材料鋪層設計等方面，對葉片優(yōu)化也只是限定在翼型優(yōu)化上，對葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究較少，這樣會造成材料浪費，葉片的成本偏高。因此，開展潮流能水輪機葉片結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化具有重要的工程意義。本文以100kW潮流能水輪機葉片結(jié)構(gòu)為研究對象，采用有限元分析方法對兩種不同材料（鋼材和復合材

2、料）、不同剖面形式（龍骨梁和箱型梁）的葉片結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)力學性能分析和優(yōu)化設計。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析了水輪機葉片結(jié)構(gòu)設計理論，完成了鋼制龍骨加主軸（龍骨梁）和箱型復合材料（箱型梁）兩種剖面形式葉片的概念設計，設計了相應的細部結(jié)構(gòu)，并在 ANSYS Workbench中建立了相應的有限元模型。⑵對鋼制葉片和復合材料葉片進行了結(jié)構(gòu)分析，主要包括靜力分析、模態(tài)分析和屈曲分析，研究了葉片結(jié)構(gòu)應力及變形的分布規(guī)律、葉片的主要振動形

3、式和葉片屈曲破壞形式及規(guī)律，并對比兩種剖面形式葉片受力的特征。⑶對鋼制葉片和復合材料葉片進行優(yōu)化設計，以質(zhì)量為目標函數(shù)，優(yōu)化后鋼制葉片的質(zhì)量降低了10.02％，復合材料葉片質(zhì)量降低了14.02%。進一步對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進行靜力分析、模態(tài)分析和屈曲分析，計算結(jié)果表明，鋼制葉片和復合材料葉片的強度、剛度及穩(wěn)定性均滿足葉片的設計要求。針對優(yōu)化后葉片的穩(wěn)定性較低，對葉片的屈曲敏感性進行了分析，得出影響穩(wěn)定性最敏感的設計變量。并對最終葉片的結(jié)構(gòu)方案