丹麥LM 風(fēng)能公司生產(chǎn)出的88.4米長(zhǎng)的復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片，是迄今為止全球風(fēng)機(jī)葉片制造商生產(chǎn)出的最長(zhǎng)葉片，與100碼美式足球場(chǎng)的長(zhǎng)度相仿。88.4米葉片風(fēng)機(jī)的掃風(fēng)面積相當(dāng)于3個(gè)足球場(chǎng)大小，所輸出的電能可供一個(gè)小鎮(zhèn)使用。

該葉片被命名為L(zhǎng)M 88.4 P，比LM以往生產(chǎn)的最長(zhǎng)葉片 LM 73.5 P還要長(zhǎng)15米，但重量?jī)H增加6噸。這是通過(guò)將具有高強(qiáng)度、高剛度的輕質(zhì)碳纖維引入到葉片主梁層壓板中實(shí)現(xiàn)的。

風(fēng)機(jī)葉片制造使用碳纖維已有超過(guò)10年的歷史，主要是采用拉擠工藝生產(chǎn)的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料主梁，并通過(guò)有競(jìng)爭(zhēng)力的單位兆瓦時(shí)能源發(fā)電成本(LCoE)證明了其較高價(jià)格的合理性。如今，LM探索出了一種不同的方法，將碳?；祀s增強(qiáng)復(fù)合材料主梁沿著長(zhǎng)度方向嵌入標(biāo)準(zhǔn)玻璃纖維復(fù)合材料基殼層壓板。這樣，葉片殼體與主梁能夠在同一模具中制造，葉片殼體充當(dāng)了碳玻混雜復(fù)合材料主梁的模具，大大節(jié)省了時(shí)間和成本。LM復(fù)合材料技術(shù)項(xiàng)目主任Michael Lund-Laverick介紹說(shuō)：“LM 88.4 P是首個(gè)采用混雜增強(qiáng)技術(shù)生產(chǎn)的葉型，采用干的碳?；祀s纖維鋪放和真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝(VARTM)制造。”該混雜增強(qiáng)設(shè)計(jì)使LM利用現(xiàn)有工藝生產(chǎn)出了LM 88.4 P葉型，顯著提升了核心競(jìng)爭(zhēng)力。完全滿足客戶已經(jīng)建立起的成本和工期的設(shè)計(jì)規(guī)范。Lund-Laverick補(bǔ)充道：“我們選擇了與實(shí)際應(yīng)用最接近的技術(shù)方案，顯著降低了風(fēng)險(xiǎn)，并促進(jìn)了客戶所需技術(shù)的快速開(kāi)發(fā)。”

88.4米葉片的用戶Adwen公司(Siemens Gamesa的所屬企業(yè))表示希望將該風(fēng)機(jī)用于I級(jí)風(fēng)況條件下的海上風(fēng)電場(chǎng)，因此，LM 88.4 P 葉片的設(shè)計(jì)工程師將該葉片能夠承受的參考風(fēng)速設(shè)定為50米/秒(112mph)，符合I級(jí)風(fēng)況的使用要求。

新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力：不確定性和風(fēng)險(xiǎn)

接下來(lái)，葉片的設(shè)計(jì)受到LM公司運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略的不確定性影響。Lund-Laverick表示：“混雜增強(qiáng)法首先解決了最大的不確定性問(wèn)題，這也是我們能夠想到的最大的失敗。”LM采用失效模式效果分析軟件(FMEAs)——一款評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)(dFMEA)和工藝(pFMEA)風(fēng)險(xiǎn)的形式分析工具，來(lái)分析設(shè)計(jì)和工藝的可行性。當(dāng)然，在轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)輔助之前，工程師們首先會(huì)口頭討論可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。“這樣，我們可以通過(guò)控制風(fēng)險(xiǎn)來(lái)管理項(xiàng)目的進(jìn)展，憑借公司扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)、豐富的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和良好的溝通機(jī)制，來(lái)確定關(guān)鍵問(wèn)題所在。工程師們將可能出現(xiàn)的問(wèn)題一一列出，隨后通過(guò)相應(yīng)的測(cè)試和工程方案避免這些問(wèn)題的出現(xiàn)。”

FMEA所分析出的結(jié)構(gòu)用來(lái)確定要進(jìn)行什么樣的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，在該過(guò)程中，試制并測(cè)試實(shí)際樣品零件，在計(jì)算機(jī)建模和分析開(kāi)始之前驗(yàn)證設(shè)計(jì)極限和失效模式。計(jì)算機(jī)模擬也是建立在現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)之上，而不是在初級(jí)理論之上的，無(wú)論該理論如何強(qiáng)大。

在確認(rèn)了葉片的風(fēng)況等級(jí)、設(shè)計(jì)極限和失效模式之后，工程師們用該公司開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)程序和三維建模軟件套裝LM Blades模擬大型葉片在極限范圍內(nèi)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)疲勞加載、大型氣動(dòng)面板的屈曲、單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)度的Puck斷裂準(zhǔn)則，以及其他的力學(xué)/強(qiáng)度、化學(xué)/環(huán)境要求。