發(fā)布時間：2017-08-25 09:32

  本文關鍵詞：兆瓦級風電齒輪箱結構設計方法研究及軟件研發(fā)

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【摘要】：霧霾治理和能源結構調整促使風電產(chǎn)業(yè)在我國獲得進一步發(fā)展,大功率風電齒輪箱能夠提高風能利用率和縮小風場的占地面積,因此單機功率的增加是未來風電發(fā)展的方向之一。隨著單機功率的增長,應用以經(jīng)驗、類比為主導的現(xiàn)有結構設計方法得到的零件尺寸和重量勢必有所增加。鑒于此,本文通過研究結構優(yōu)化理論,提出了面向輕量化的兆瓦級風電齒輪箱結構設計方法,結合方法和課題要求開發(fā)了兆瓦級風電齒輪箱結構設計流程自動化軟件,從而縮短研發(fā)周期,提高設計效率,增強企業(yè)的研發(fā)實力,具體內容如下：(1)針對風電齒輪箱零件的結構特點,將結構優(yōu)化設計理論引入兆瓦級風電齒輪箱結構設計,提出兆瓦級風電齒輪箱結構設計方法,即模型化設計,概念結構設計,結構詳細設計,結構性能分析與評價。模型化設計中研究了初始幾何模型的數(shù)字化表達；通過分析各種參數(shù)對優(yōu)化結果的影響,建立了概念結構設計方法；結構詳細設計討論了風電齒輪箱常用的結構工藝特征,并將響應面法應用于結構尺寸優(yōu)化；研究了結構性能分析時的原則和評價指標,以完成結構的最終方案校核。(2)基于提出的方法,研發(fā)了兆瓦級風電齒輪箱結構設計流程自動化軟件。結合課題要求,分析了軟件需求,闡明了軟件的研發(fā)目標,規(guī)劃了軟件的關鍵模塊,對軟件開發(fā)采用的XAF架構和HyperWorks二次開發(fā)工具等進行了詳細介紹。對XAF的界面開發(fā)原理、后臺程序關鍵代碼以及自動生成報告等做了詳細的論述,通過流程圖和面板,介紹了基于HyperWorks的CAE分析模塊。(3)運用兆瓦級風電齒輪箱結構設計流程自動化軟件對6MW功率分流風電齒輪箱箱體進行了結構設計。實例中,通過模型化設計模塊確定箱體的初始幾何模型,調用二次開發(fā)的CAE分析模塊進行拓撲優(yōu)化設計,得到模型的概念結構。尺寸優(yōu)化的實施使得結構的關鍵尺寸取得最優(yōu)組合,同時結合工藝性設計和性能分析與評價確定了最終的模型方案。實例證明本文方法的可行性和軟件的可操作性,可以提高零件結構設計效率約90%。本文研究內容為風電齒輪箱的結構設計提供了新的設計思路,對企業(yè)開發(fā)類似的流程自動化軟件具有一定的參考價值。
【關鍵詞】：兆瓦級風電齒輪箱 結構優(yōu)化 響應面法 尺寸優(yōu)化 流程自動化
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315;TH132.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國內外研究綜述11-15
• 1.2.1 拓撲設計理論研究綜述11-12
• 1.2.2 響應面法研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 兆瓦級風電齒輪箱結構優(yōu)化設計研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 基于HyperWorks的流程自動化軟件研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要研究內容15-16
• 2 結構優(yōu)化設計理論基礎16-26
• 2.1 連續(xù)體結構優(yōu)化設計理論16-22
• 2.1.1 連續(xù)體結構優(yōu)化常用方法16
• 2.1.2 SIMP材料插值模型的變密度插值方法16-19
• 2.1.3 最小柔度優(yōu)化問題的優(yōu)化準則算法19-22
• 2.2 響應面法理論基礎22-25
• 2.2.1 響應面法基本過程22-23
• 2.2.2 響應面法數(shù)學推導23-25
• 2.3 本章小結25-26
• 3 兆瓦級風電齒輪箱結構設計方法研究26-52
• 3.1 結構設計方法基本過程26-27
• 3.2 模型化設計27-36
• 3.2.1 受力分析模型27-29
• 3.2.2 轉速和傳動比計算原理29-30
• 3.2.3 螺栓初步計算和軸承初步選型30-33
• 3.2.4 模型化設計數(shù)字化建模33-36
• 3.3 概念結構設計36-46
• 3.3.1 有限元邊界條件等效36-38
• 3.3.2 拓撲優(yōu)化數(shù)學模型38-41
• 3.3.3 優(yōu)化參數(shù)確定41-46
• 3.3.4 概念結構設計46
• 3.4 結構詳細設計46-49
• 3.4.1 尺寸優(yōu)化設計46-47
• 3.4.2 結構工藝性47-49
• 3.5 結構性能分析與評價49-50
• 3.5.1 結構性能分析49-50
• 3.5.2 結構性能評價準則50
• 3.6 本章小結50-52
• 4 兆瓦級風電齒輪箱結構設計流程自動化軟件52-71
• 4.1 軟件研發(fā)目標和模塊劃分52-54
• 4.1.1 流程自動化軟件研發(fā)目標52
• 4.1.2 整體模塊劃分52-53
• 4.1.3 基于HyperWorks的CAE分析模塊53-54
• 4.2 流程自動化軟件開發(fā)關鍵技術54-57
• 4.2.1 C#語言與XAF架構54-56
• 4.2.2 HyperWorks二次開發(fā)工具56
• 4.2.3 C#與HyperWorks的連接技術56-57
• 4.3 流程自動化軟件研發(fā)57-62
• 4.3.1 軟件工作流程和數(shù)據(jù)傳遞57-58
• 4.3.2 流程自動化軟件實現(xiàn)58-62
• 4.4 基于HyperWorks的CAE分析模塊研發(fā)62-70
• 4.4.1 CAE分析模塊實現(xiàn)62-68
• 4.4.2 材料數(shù)據(jù)庫研究68-69
• 4.4.3 后處理程序研究69-70
• 4.5 本章小結70-71
• 5 兆瓦級風電齒輪箱結構設計軟件應用實例71-88
• 5.1 箱體的模型化設計72-75
• 5.1.1 確定設計對象72-73
• 5.1.2 力學模型求解73-74
• 5.1.3 螺栓計算和軸承選型74-75
• 5.1.4 初始幾何模型生成75
• 5.2 箱體的概念結構設計75-81
• 5.2.1 箱體的拓撲優(yōu)化有限元模型75-79
• 5.2.2 箱體的拓撲優(yōu)化建模與求解79-80
• 5.2.3 箱體的概念結構設計80-81
• 5.3 箱體的詳細結構設計81-84
• 5.3.1 箱體尺寸優(yōu)化數(shù)學模型81-82
• 5.3.2 箱體尺寸優(yōu)化設計82-83
• 5.3.3 箱體結構工藝性設計83-84
• 5.4 箱體結構性能分析與評價84-86
• 5.5 應用流程自動化軟件的效率86-87
• 5.6 本章小結87-88
• 結論88-89
• 參考文獻89-93
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況93-94
• 致謝94-95

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 毛范海;韓孟克;董惠敏;閆瑞志;陳鳳艷;王德倫;;一種兆瓦風電齒輪箱前機體結構輕量化設計[J];機械傳動;2015年11期

2 劉德仿;顧春榮;周臨震;王斌;;基于響應面法的印制電子噴印機結構多目標優(yōu)化設計[J];機床與液壓;2015年19期

3 陸善彬;呂婕;陳偉;馮兆玄;戚桂悅;葉輝;;基于HyperMesh二次開發(fā)的無鉚釘鉚接有限元快速建模[J];圖學學報;2014年05期

4 張永強;丁曉紅;王海華;;汽車座椅構件拓撲優(yōu)化及自動化系統(tǒng)的研究[J];機械科學與技術;2013年12期

5 焦洪宇;周奇才;李文軍;李英;;基于變密度法的周期性拓撲優(yōu)化[J];機械工程學報;2013年13期

6 孫靜;黃雪飛;李慧萍;米小珍;王楓;;基于HyperWorks的流程自動化系統(tǒng)開發(fā)與應用[J];鐵路計算機應用;2012年12期

7 生偉凱;劉衛(wèi);楊懷宇;;國內外風電齒輪箱設計技術及主流技術路線綜述與展望[J];風能;2012年04期

8 陸天宇;孔嘯;;基于TCL語言的CAE流程自動化系統(tǒng)設計[J];制造業(yè)自動化;2012年01期

9 鄭國君;門永新;胡平;趙福全;;基于知識的CAE后處理流程化平臺關鍵技術[J];機械工程學報;2011年17期

10 張立勇;王長路;劉法根;;風力發(fā)電及風電齒輪箱概述[J];機械傳動;2008年06期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 杜春江;連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化理論及其在炮塔結構設計中的應用研究[D];南京理工大學;2008年

2 左孔天;連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化理論與應用研究[D];華中科技大學;2004年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 閆瑞志;大兆瓦風電齒輪箱關鍵零部件結構輕量化設計[D];大連理工大學;2014年

2 王征兵;大型偏航變槳齒輪箱輕量化設計技術研究[D];機械科學研究總院;2012年

3 郭曉偉;兆瓦級風電齒輪箱結構輕量化研究[D];大連理工大學;2012年

4 范超;基于Tcl/Tk的HyperMesh CAE流程自動化系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];合肥工業(yè)大學;2010年

5 蘇勝偉;基于Optistruct拓撲優(yōu)化的應用研究[D];哈爾濱工程大學;2008年

6 馬寶勝;響應面方法在多種實際優(yōu)化問題中的應用[D];北京工業(yè)大學;2007年

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本文編號：736339