【摘 要】
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叶片是风力发电设备的关键部件之一。随着风机容量的大型化,叶片也向低成本和高性能化发展,自重也越来越大,以至于传统材料不能满足刚度和强度设计要求。为此,大功率的叶片一
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叶片是风力发电设备的关键部件之一。随着风机容量的大型化,叶片也向低成本和高性能化发展,自重也越来越大,以至于传统材料不能满足刚度和强度设计要求。为此,大功率的叶片一般都选用复合材料。目前探讨有关复合材料优化的工作很多,但对于复合材料风机叶片结构优化的研究不多。本文在给定叶片气动外形和所受载荷的条件下,选用双腹板式叶片结构,优化求解腹板位置和叶片的铺层厚度分布。在叶片建模时,根据Bladed软件所给外载通过求解一系列优化问题得叶片的加载点及加载载荷大小。根据载荷的分布形式,本文提出叶片弯曲变形的指数-多项式相结合的变形代理模型。此代理模型可为气动-结构耦合优化提供支持。在给定叶片气动外形和外载的条件下,根据设计变量对有限元模型作用的不同,本文采用二级优化策略设计叶片腹板位置和各铺层厚度。首先以腹板位置参数为特征量建立代理模型,输出为对应叶片在满足变形及稳定性约束下的最轻质量。在优化求解给定腹板位置叶片的最轻质量时,根据约束与设计变量关系的不同,采取分步优化策略。其次在系统级由所建的代理模型以质量最轻为目标优化求解腹板位置,并将结果传给子系统级,在子系统级采取分步优化策略求解叶片铺层厚度。通过比较子系统级与系统级优化得到的叶片质量判断是否收敛。算例证明,采取本文提出的二级优化策略,可设计出结构和铺层较为合理的叶片。
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