复合材料以其比重小，强度高，结构多样，越来越多地被航空飞机、汽车及风电行业所使用。随着煤、石油、天然气等传统化石能源耗尽时间表的日益临近，风能的开发和利用越来越得到人们的重视，已成为能源领域最具商业推广前景的项目之一，目前在国内外发展迅速。复合材料在风力发电中的应用主要是转子叶片、机舱罩和整流罩的制造。采用复合材料叶片主要有以下优点：①轻质高强，刚度好。复合材料的性能具有可设计性，可根据叶片受力特点设计强度与刚度，从而减轻叶片重量；②复合材料缺口敏感性低，内阻尼大，抗震性能好，疲劳强度高。叶片设计寿命按20年计，则其要经受108周次以上的疲劳交变，因此材料的疲劳性能好。③耐气候性好。风力机安装在户外，近年来又大力发展海上风电场，要受到酸、碱、水汽等各种气候环境的影响，复合材料叶片可满足使用要求；④维护方便。复合材料叶片除了每隔若干年在叶片表面进行涂漆等工作外，一般不需要大的维修。
风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，一般由根部、外壳和加强筋或梁3部分组成，复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到90%以上。叶片结构主要由蒙皮和主梁构成，如图14-4所示。风电复合材料叶片在设计时，需要进行静强度、疲劳强度及寿命的动力学分析，以保证风电叶片在使用寿命周期中安全可靠地运行。国际上有很多规范和标准对设计的载荷作了详细的规定，最常使用的是IEC61400-1标准和GL标准。常见的载荷有空气动力载荷、重力载荷、惯性载荷（离心力），还包括高温和结冰载荷等其他载荷。
图14-4和图14-5分别为实际生活中的风电系统和国内某企业制造的风电叶片的实际模型，使用玻璃钢增强环氧树脂复合材料，蒙皮的层合板层数为3层，每层厚度为4mm，铺层角度为（45/0/-45）；肋梁的层合板层数为5层，每层厚度为4mm，铺层角度为（0/45/90/-45/0）。材料的基本力学性能如表14-1所示，叶片表面承受的风压为0.1MPa，转速为14r/min，考虑重力的作用，计算叶片的静强度及层合板的失效指数，并考虑前3阶固有约束频率。
图14-4 实际运行的风电系统(www.xing528.com)
图14-5 风电叶片结构示意图
表14-1 玻璃钢增强环氧树脂复合材料基本参数
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