一种风电叶片腹板模具三维外形的创建方法与流程

本发明属于风力发电机叶片设计应用领域，具体涉及一种风电叶片腹板模具三维外形的创建方法。

背景技术：

1、风能因其绿色能源的优良特性，成为最具开发潜质的新型能源之一，得到广泛应用和大力发展。风电叶片作为风电机组最核心的部件之一，其设计质量、发电性能和理论符合程度是机组稳定高效运行的前提。叶片腹板作为风电叶片剪力传递的重要部件，其设计质量直接关系着整个叶片产品的性能。双腹板箱型梁结构的叶片中，前缘腹板与后缘腹板分别由各自的上下法兰与ss壳体和ps壳体粘接。由于ss壳体和ps壳体之间的空间并非基本几何结构，且铺层厚度与粘接预留厚度都会影响粘接效果，因此腹板外形的精准性是决定粘接质量和产品质量的必备条件。

2、现有常规叶片腹板模具外形设计方法主要是通过叶片的三维外形，生成腹板轮廓线；再分别截取截面计算截面铺层厚度和粘接预留厚度，利用铺层厚度和粘接预留厚度的数据，偏置每个截面的节点，拟合出整个叶片腹板模具外形，如专利cn115958721a和cn115828455a。此种方法均为基于叶片的三维外形上设计调整，先将叶片截面坐标拟合成截面曲线，再将不同截面曲线拟合成光顺曲面，不利于自动化设计工作的开展和设计精度提升，造成设计成本和周期的浪费。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，在不依照叶片三维曲面外形和实物产品的情况下，根据叶片原始截面散点坐标、铺层厚度与粘接胶厚度获得具有真实坐标的腹板截面轮廓，进而形成叶片腹板模具的三维外形。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、一种风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，包括如下步骤。

4、s1、根据叶片的三维外形的划分多个截面，将截面坐标划分为：在分型线以上的ps部分和在分型线以下的ss部分；

5、s2、根据截面上的腹板和法兰粘接宽度，分别通过ps部分与ss部分的散点坐标，插值获得腹板边线与法兰的原始坐标点；

6、s3、根据截面位置、铺层厚度和粘接厚度求取截面总厚度，根据原始坐标点切线斜率，求取原始坐标点偏移量，进而获得腹板实际轮廓点坐标；

7、s4、根据叶片各个外形截面坐标批量获得叶片腹板轮廓点坐标，将其导入三维建模软件，分别绘制腹板边线；

8、s5、利用绘制的腹板边线分别放样曲线，形成叶片腹板模具的三维外形。

9、可选的，s1中，叶片外形轮廓坐标点序号顺序为从叶片后缘开始，经ss部分到达前缘，然后经ps部分返回到后缘。

10、可选的，s2中，前缘腹板边线的上端点坐标值的确定方法为：根据前缘腹板边线的x坐标值xlp1，在ps部分上寻找第一次出现点坐标数值大于xlp1的坐标点plps，利用查找到的坐标点plps和其前后一系列坐标点(不少于3个)，利用拟合函数、多项式或样条插值函数等，求x坐标值为xlp1的前缘腹板边线与ps线交点对应的y坐标值为ylp1，则前缘腹板边线上端点plp1的坐标为(xlp1，ylp1，z截面)。

11、可选的，s2中，根据截面腹板法兰的粘接宽度h，将前缘腹板边线的上端点plp1为起点，向后缘方向分别在ps部分2上求取相邻坐标点的直线距离l，并循环求取相邻坐标点的直线距离l之和为总距离为s，当第一次出现s≥h时，记录此时坐标点ph0(xn、yn，z截面)和前一坐标点ph1(xn-1、yn-1，z截面)，求得前缘腹板法兰边线的上端点坐标为plp2的坐标为(xlp2，ylp2，z截面)。

12、可选的，s3中，s3中，分别根据plp1和plp2处切线与水平面的夹角θ，当截面坐标点数量足够时，可等效为plp1和plp2与相邻坐标点的斜率，计算实际需要的偏移量h2，进而获得前缘腹板边线、前缘腹板法兰边线与铺层后的ps部分的真实交点的坐标p’lp1和p’lp2，其中，plp1和plp2的x坐标值保持不变，ss部分上y坐标增加偏移量h2，ps部分上y坐标减少偏移量h2，z坐标值与截面保持一致。

13、可选的，s4中，分别求取每个截面共计8个腹板边界节点，循环叶根至腹板结束位置的每个截面，输出8条样条曲线坐标点，导入三维建模软件，生成叶片腹板模具轮廓线。

14、本发明的有益效果为：

15、1.现有技术中，叶片三维外形是通过叶片截面坐标拟合成截面曲线，再通过不同截面曲线拟合成光顺曲面而来，本专利直接利用生成曲线前的离散的截面坐标点来根据截面铺层计算实际腹板轮廓点，拟合腹板轮廓线。本发明无需借用真实叶片产品，减少了生产周期的模具占用时间和测试模具生产的浪费。

16、2.本发明无需借用叶片三维外形，仅需生产叶片三维外形的原始截面散点坐标，给批量数据处理带来可行性，减少了人工处理周期，提高准确度；

17、3.本发明借用原始截面散点坐标，结合实际截面铺层数据，通过预留合适的粘接间隙，得到理论叶片腹板轮廓点，进而得到腹板外形，方法简便易于实施。

技术特征：

1.一种风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，其特征在于，ps部分和ss部分是以x坐标值最小的点为界，ss部分的坐标点分型线下方的坐标点，ps部分的坐标点包括分型线6上方的坐标点；由于叶片的三维外形按从叶根到叶尖的顺序，则截面上坐标轴z垂直于截面所在的平面，正方向为叶根向叶尖方向。

3.如权利要求1所述的风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，其特征在于，s2中，前缘腹板边线的上端点坐标值的确定方法为：根据前缘腹板边线的x坐标值xlp1，在ps部分上寻找第一次出现点坐标数值大于xlp1的坐标点plps，利用查找到的坐标点plps和其前后一系列坐标点，利用拟合函数、多项式或样条插值函数，求x坐标值为xlp1的前缘腹板边线与ps部分交点对应的y坐标值为ylp1，则前缘腹板边线上端点plp1的坐标为(xlp1，ylp1，z截面)。

4.如权利要求1所述的风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，其特征在于，s2中，根据截面腹板法兰的粘接宽度h，将前缘腹板边线的上端点plp1为起点，向后缘方向分别在ps部分上求取相邻坐标点的直线距离l，并循环求取相邻坐标点的直线距离l之和为s，当第一次出现s≥h时，记录此时坐标点ph0(xn、yn，z截面)和前一坐标点ph1(xn-1、yn-1，z截面)，求得前缘腹板法兰边线的上端点坐标为plp2的坐标为(xlp2，ylp2，z截面)。

5.如权利要求4所述的风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，其特征在于，

6.如权利要求1所述的风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，其特征在于，s3中，分别根据plp1和plp2处切线与水平面的夹角θ，当截面坐标点数量足够时，可等效为plp1和plp2与相邻坐标点的斜率，计算实际需要的偏移量h2，进而获得前缘腹板边线、前缘腹板法兰边线与铺层后的ps部分的真实交点的坐标p’lp1和p’lp2，其中，plp1和plp2的x坐标值保持不变，ss部分上y坐标增加偏移量h2，ps部分上y坐标减少偏移量h2，z坐标值与截面保持一致。

7.如权利要求6所述的风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，其特征在于，

8.如权利要求1所述的风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，其特征在于，s3中，分别获得每个截面上前缘腹板真实边线与铺层后的ps部分/ss部分的真实交点、前缘腹板法兰真实边线与铺层后的ps部分/ss部分的真实交点、后缘腹板真实边线与铺层后的ps部分/ss部分的真实交点和后缘腹板法兰真实边线与铺层后的ps部分/ss部分的真实交点，共8个节点。

9.如权利要求1所述的风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，其特征在于，s4中，分别求取每个截面共计8个腹板边界节点，循环叶根至腹板结束位置的每个截面，输出8条样条曲线坐标点，导入三维建模软件，生成叶片腹板模具轮廓线。

10.一种如权利要求1-9任一所述的风电叶片腹板模具三维外形的创建方法创建获得的风电叶片腹板模具。

技术总结
本发明涉及一种风电叶片腹板模具三维外形的创建方法，属于风力发电机叶片设计应用领域。创建方法包括如下步骤：S1、跟据叶片的三维外形的划分多个截面；S2、根据截面腹板和法兰粘接宽度分别在PS线与SS线上插值对应的原始坐标点；S3、根据截面位置、铺层数据和粘接厚度分别求取截面总厚度，根据原始坐标点切线斜率，求取原始坐标点偏移量，进而获得腹板实际轮廓点坐标；S4、根据叶片各个外形截面坐标批量获得叶片腹板轮廓点坐标，将其导入三维建模软件，分别绘制边线。能够在现有的三维叶片模型是没有厚度的曲面和平面围成的立体形状的情况下，根据铺层厚度与法兰厚度获得具有一定厚度的腹板的真实形状。

技术研发人员：游慧鹏,田家彬,梁小杰,杨文涛,郑冰,张朝峰
受保护的技术使用者：中车山东风电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4