風力機葉片沖擊問題分析（上）

　　1. 引言
　　當沖擊物以一定的速度作用在構件上時，在極短時間內，構件使沖擊物的速度為零，此時二者之間產生一定的沖擊載荷、沖擊變形及由沖擊載荷產生的沖擊應力。由于碰撞時產生的沖擊力不僅很大，而且很復雜。在碰撞的瞬間沖擊力的波形與碰撞的速度、相撞雙方的質量分布、接觸處的形狀、材料變形等因素相關。根據動量守恒定理計算得到的只是名義上的平均沖擊力，而最大沖擊力可能遠遠超過平均沖擊力。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動力性問題。沖擊問題中，侵徹問題是顯式非線性分析的典型應用之一。侵徹過程時間很短，一般在幾十微秒至幾十毫秒之間，撞擊速度快，材料性質與準靜態過程差別很大，經常需要考慮應變率的影響。鳥撞分析也是顯式非線性分析的典型應用之一。鳥撞過程時間相對較長，一般在ms量級上，撞擊速度不很快。風力機葉片運行過程中，由于受到冰雹等影響，需要進行沖擊問題的分析。由于風力機轉速不高，冰雹沖擊時間相對較長，因此風力機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模塊的顯式時間積分方法，對每個增量步求解流程如下： 　　縱觀顯式時間積分方法，它不需要進行矩陣的分解或矩陣求逆，因此每個增量步的計算量較小。顯式時間積分不是無條件穩定的的，其積分步長必須小于一個完整的應力波傳過模型中最小單元的時間，從數值計算上要求小于模型的所有固有周期。
　　顯式時間積分的時間步長為：