4. 有限元分析
有限元分析，将叶片前缘空腔的节点编号如Figure 4.1所示。
4.1 压力分布分析 空腔宽度为10mm与40mm的计算结果相比，空腔宽度越小，屈曲分析的安全系数越高;静强度空腔宽度的平均von应力越小;X、Y、Z相对变形量均较小。在空腔宽度为40mm的基础上，在叶片前缘增加2层外侧双轴布，可显著提高稳定性、静强度和变形量特性。
4.1.1 分析结果
4.1.2 屈曲分析
屈曲分析表明，空腔宽度为40mm的屈曲安全系数相比空腔宽度为10mm，安全系数下降29.94%。空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，安全系数相比未增加双轴布提高24.95%。
4.1.3 静强度分析
Figure 4.4 静强度分析结果
静强度分析表明，空腔宽度为40mm的空腔段最外层铺层的平均von应力均大于空腔宽度为10mm。空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，静强度分析的的空腔平均von应力相比未增加双轴布下降显著，S面与P面的平均应力下降约40%。
Figure 4.5 静强度分析结果
4.1.4 相对变形量分析
Figure 4.6 X、Y、Z相对变形量分析
相对变形量分析表明，空腔宽度为40mm的空腔段中节点与前缘节点的X、Y、Z相对变形量均大于空腔宽度为10mm。空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，各方向的相对变形量均显著减小。
Figure 4.7 相对变形量云图
4.2 运输工况分析 针对运输工况，分别分析空腔宽度为10mm，40mm以及40mm前缘条增加2层、3层双轴布的情况。将其计算结果进行比较，在不另外增加前缘铺层的情况下，空腔宽度越小，截面的屈曲分析的安全系数越高，且静强度分析得到的Von-mises应力均值也越大;空腔宽度不变，增加前缘条外部的铺层，可以显著提高翼型截面的稳定性，静强度特性和变形量特性。
4.2.1 分析结果
4.2.2 屈曲分析
屈曲分析表明，空腔宽度为40mm的屈曲安全系数相比空腔宽度为10mm，截面屈曲因子下降了8.17%。 空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，截面屈曲因子相比未增加双轴布提高7.77%，与空腔宽度为10mm的屈曲因子相差1.04%。
Figure 4.9 屈曲分析结果
4.2.3 静强度分析
静强度分析表明，空腔宽度为40mm的空腔段最外层铺层的平均Von-Mises应力均小于空腔宽度为10mm。空腔宽度为40mm，随着叶片前缘逐层增加双轴布的层数，前缘空腔的静强度分析的Von-Mises应力逐渐减小，其中增加两层的双轴布相对于不增加的平均应力降低21.72%(S面)和25.81%(P面)。
Figure 4.10 静强度分析结果
Figure 4.11 静强度应力云图
4.2.4 相对变形量分析
相对变形量分析表明，空腔宽度为40mm的空腔段中节点与前缘节点的X、Y、Z相对变形量均大于空腔宽度为10mm。空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，各方向的相对变形量均显著减小。
Figure 4.12 相对变形量分析结果
40mm空腔宽度的叶片前缘增加2层双轴布后，其翼型整体和前缘空腔段位移云图，如下所示：
Figure 4.13 相对变形量位移云图
4.3 极限载荷分析 在极限载荷的作用下，分别分析空腔宽度为10mm，40mm的叶片截面稳定性和静强度情况。将其计算结果进行比较，空腔宽度越小，截面的屈曲分析的安全系数越大，且静强度分析得到的Von-mises应力均值也较小。
4.3.1 分析结果
4.3.2 屈曲分析
在进行极限载荷分析时，空腔宽度为40mm的叶片截面的屈曲因子小于空腔宽度为100mm的屈曲因子，相差为10.86%。
4.3.3 静强度分析
在极限载荷的作用下，空腔宽度为40mm的叶片截面空腔处的Von-mises应力均值大于空腔宽度为10mm的应力均值，叶片S面相差40.95%，叶片P面相差14.46%。
5. 结论
本报告主要针对叶片前缘空腔尺寸进行多工况的有限元分析，主要包括压力分布载荷、运输载荷和极限载荷作用下的屈曲分析、静强度分析和相对变形量分析。
压力分布加载
屈曲分析表明，空腔宽度为40mm的屈曲安全系数相比空腔宽度为10mm，安全系数下降29.94%。空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，安全系数相比未增加双轴布提高24.95%。
静强度分析表明，空腔宽度为40mm的空腔段最外层铺层的平均von应力均大于空腔宽度为10mm。空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，静强度分析的的空腔平均Von-Mises应力相比未增加双轴布下降显著，S面与P面的平均应力下降约40%。
相对变形量分析表明，空腔宽度为40mm的空腔段中节点与前缘节点的X、Y、Z相对变形量均大于空腔宽度为10mm。空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，各方向的相对变形量均显著减小。
运输载荷加载
屈曲分析表明，空腔宽度为40mm的屈曲安全系数相比空腔宽度为10mm，截面屈曲因子下降了8.17%。空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，截面屈曲因子相比未增加双轴布提高7.77%，与空腔宽度为10mm的屈曲因子相差1.04%。
静强度分析表明，空腔宽度为40mm的空腔段最外层铺层的平均Von-Mises应力小于空腔宽度为10mm。空腔宽度为40mm，随着叶片前缘逐层增加双轴布的层数，前缘空腔的静强度分析的Von-Mises应力逐渐减小，其中增加两层的双轴布相对于不增加的平均应力降低21.72%(S面)和25.81%(P面)。
相对变形量分析表明，空腔宽度为40mm的空腔段中节点与前缘节点的X、Y、Z相对变形量均大于空腔宽度为10mm。空腔宽度为40mm，叶片前缘增加2层外侧双轴布，各方向的相对变形量均显著减小。
极限载荷加载
极限载荷作用于2D有限元整体模型，而前缘局部的刚度相比主梁、尾缘梁甚小，因此前缘局部非极限载荷作用的主要区域。在极限载荷作用下，对前缘局部影响较小。且针对极限载荷作用的整体2D有限元模型，极限分析与前缘局部模型的尺寸改变关系较小。
屈曲分析中，整体2D有限元模型的屈曲危险位置为尾缘腹板。空腔宽度为40mm的叶片截面的屈曲因子小于空腔宽度为10mm的屈曲因子，相差为10.86%。
在极限载荷的作用下，空腔宽度为40mm的叶片截面空腔处的Von-mises应力均值大于空腔宽度为10mm的应力均值。叶片S面相差40.95%，叶片P面相差14.46%。
根据前缘空腔局部的受力特性，屈曲破坏应为主要破坏型式。针对前缘空腔局部在各工况载荷作用型式的屈曲分析，压力分布载荷、运输载荷和极限载荷作用下的空腔宽度为10mm的屈曲安全系数明显高于空腔宽度为40mm的模型，在空腔宽度为40mm的模型外蒙皮表面增加2-3层双轴布，可明显提高前缘局部的受力特性。
