风力机叶片能否正常工作,直接关系到风力发电机组的发电效率。由于我国特殊的地理与气候环境,处于我国西北地区的风力机叶片都会有风沙侵蚀的问题。而叶片在风沙环境中受风沙冲击力的影响及磨蚀后的叶片结构稳定性是风沙侵蚀风力机叶片研究的两个重要问题。为有效解决上述问题,以风力机叶片缩微模型为研究对象,将叶片主要部位分为三段,同时定义叶片3级的磨损程度。利用XS—40气流喷射挟沙试验台进行冲蚀磨损试验。考虑冲蚀风速、冲蚀角度、含沙气流中粗沙所占比例作为变量进行正交试验,用以获取叶片受风沙的冲击力以及冲击力随各变量的变化规律,通过试验明确冲蚀风速是影响叶片应力最主要因素,将试验所获冲击力施加到叶片模型进行静力学分析,确认气动载荷能否代替实际风沙的冲击力。最终对风力机叶片的缩微模型进行数值模拟,分段分析风力机叶片在不同磨损情况下的应力特征,给出不同叶片位置在不同磨损程度下应力变化趋势及规律,并进行试验验证数值模拟方法可行。结果表明,风力机叶片在受到风沙冲蚀时,其受到的力载荷的大小与冲蚀速度、冲蚀角度以及冲蚀粒径有关。其中,冲蚀速度对载荷的影响最大。对叶片施加冲击力载荷与气动载荷获得的应力对比,能够使用气动载荷代替实际风沙冲蚀的冲击力。随着叶片发生磨损并逐渐加剧,磨损区域逐渐由叶片前缘扩散到迎风面最高点后,受损叶片所受应力小于未磨损时叶片所受应力,应力较大的区域由未磨损时叶片靠近前缘的位置变为了靠近后缘的位置,随着磨损加剧,该区域的位置还会逐渐向后缘靠拢。同时不论磨损程度为几级,叶片受损部位的应力都会大于周围应力。对于与叶根部位不同距离的叶片段,其应力分布的梯度变化规律在每个叶片段上都基本相同。叶片整体应力随着距离叶根位置的距离呈下降趋势,变化基本可以分为三个部分,即在不同磨损程度下,0.3R—0.5R叶片段上的应力基本保持不变;0.5R—0.7R叶片段应力开始呈现下降趋势,但其变化速度较小且基本保持稳定;0.7R—叶尖段叶片应力下降明显,且下降速度逐渐增大。根据以上结果,可知叶片在发生磨损后磨损部位的应力会发生极大变化,易形成应力集中,应及早修复。