【摘要】：復(fù)合纖維葉片作為風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件,其性能直接影響風(fēng)力機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命。隨著葉片尺寸的增大,對(duì)葉片的剛度和強(qiáng)度等性能要求也越來(lái)越高。葉片的鋪層結(jié)構(gòu)決定其性能既受單一鋪層參數(shù)的影響,又受鋪層參數(shù)的耦合影響。因此,控制葉片成型過(guò)程中的鋪層參數(shù)是保證葉片性能的關(guān)鍵。論文從復(fù)合材料基礎(chǔ)理論入手,以1.5MW風(fēng)力機(jī)葉片為研究對(duì)象,采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)值仿真和多元回歸等方法,分析鋪層參數(shù)對(duì)葉片性能的耦合作用機(jī)理及宏觀性影響規(guī)律,并優(yōu)化鋪層參數(shù),從而掌握了葉片性能的預(yù)測(cè)和控制方法,提高了葉片性能。論文主要研究工作如下:首先,針對(duì)鋪層順序離散變量?jī)?yōu)化問(wèn)題,通過(guò)設(shè)計(jì)復(fù)合材料彎扭剛度矩陣,建立彎扭剛度矩陣和正軸剛度不變量間的數(shù)學(xué)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了鋪層順序的量化。其次,針對(duì)葉片成型過(guò)程中鋪層參數(shù)對(duì)葉片性能的影響,以鋪層參數(shù)(鋪層角度、±X°鋪層厚度比例、鋪層順序)為自變量,葉片性能指標(biāo)(Tsai-wu失效因子、最大位移)為因變量,采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,在Abaqus中仿真分析了葉片的靜強(qiáng)度和剛度,分析了鋪層參數(shù)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的耦合影響。采用多元回歸分析法建立了鋪層參數(shù)與葉片性能指標(biāo)間的數(shù)學(xué)模型,驗(yàn)證了回歸模型的顯著性。在此基礎(chǔ)上,利用回歸模型擬合了鋪層參數(shù)對(duì)葉片性能的影響曲線和曲面,分析了單因素和兩兩因素耦合對(duì)葉片性能的宏觀性影響規(guī)律,獲得了較優(yōu)鋪層參數(shù)取值域。最后,在較優(yōu)鋪層參數(shù)值域的基礎(chǔ)上,重新設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案進(jìn)行仿真分析,采用偏最小二乘回歸法分析仿真結(jié)果,分別建立了關(guān)于葉片強(qiáng)度和剛度的兩個(gè)單目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。采用層次分析法計(jì)算出各目標(biāo)的權(quán)重并進(jìn)行了一致性檢驗(yàn),通過(guò)加權(quán)求和將各單目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型�；诙嗄繕�(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用模擬退火算法對(duì)鋪層參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化,得到葉片綜合性能最優(yōu)的鋪層參數(shù)。將優(yōu)化前后的葉片性能進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,優(yōu)化后的葉片性能得到提高,驗(yàn)證了方法的可行性和有效性。論文研究成果可為復(fù)合纖維風(fēng)力機(jī)葉片的鋪層控制和性能優(yōu)化的研究提供必要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM315
【圖文】：

Fig. 1-2 Global wind power installed capacity increase trend球范圍內(nèi)，風(fēng)能利用的主要方式是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)電機(jī)組葉片是決定風(fēng)件，影響風(fēng)力機(jī)的年發(fā)電量，其運(yùn)行過(guò)程中的受力情況異常復(fù)雜，承。因此，葉片的良好設(shè)計(jì)直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其部件的性能和壽命容量和葉片尺寸的不斷增大，葉片形狀和結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)葉片的設(shè)。機(jī)葉片要求機(jī)械性能良好，能承受各種極端載荷，同時(shí)要求重量輕，，因此多采用輕型材料和結(jié)構(gòu)[5]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)大型風(fēng)力機(jī)葉片材選擇具有制造工藝簡(jiǎn)單、比強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合纖維材放、真空灌注等成型工藝制造而成[6]。來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于風(fēng)力機(jī)葉片的研究結(jié)果表明，確定合理的鋪層參數(shù)是定運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，探究并認(rèn)識(shí)鋪層參數(shù)對(duì)葉片成型過(guò)程及葉片性示其對(duì)葉片性能影響的作用機(jī)理，尋求合理的鋪層參數(shù)優(yōu)化組合，實(shí)測(cè)和控制，具有重要的研究意義。合纖維風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)鋪層優(yōu)化國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

單向板的結(jié)構(gòu)形式

【參考文獻(xiàn)】

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1 孫鵬文;邢哲健;王慧敏;張媛;郜佳佳;;復(fù)合纖維風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2015年06期

2 胡國(guó)玉;孫文磊;董平;;5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)力學(xué)特性分析[J];可再生能源;2015年06期

3 周邢銀;安利強(qiáng);王璋奇;;考慮翹曲效應(yīng)的風(fēng)力機(jī)葉片彎扭耦合特性計(jì)算方法[J];可再生能源;2015年02期

4 張?zhí)m挺;鄧海龍;郜佳佳;孫鵬文;;鋪層參數(shù)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片靜態(tài)結(jié)構(gòu)性能的影響分析[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2014年06期

5 曹華軍;舒林森;許磊;李浩;;復(fù)雜機(jī)械零件的六面體有限元網(wǎng)格生成方法[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年15期

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9 馮消冰;黃海;王偉;;基于遺傳算法的大型風(fēng)機(jī)復(fù)合材料葉片根部強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2012年05期

10 趙群;丁運(yùn)亮;金海波;;一種基于復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)效率的穩(wěn)定性優(yōu)化方法[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2010年03期

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2 李根;基于模擬退火算法的復(fù)合材料層合板屈曲優(yōu)化[D];南昌航空大學(xué);2016年

3 王強(qiáng);大型風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)分析及鋪層設(shè)計(jì)研究[D];蘭州理工大學(xué);2016年

4 熊磊;大型風(fēng)力機(jī)葉片的疲勞壽命模糊預(yù)測(cè)方法研究[D];重慶大學(xué);2016年

5 馬澤孟;DF-1輕型飛機(jī)氣動(dòng)及性能估算[D];南京航空航天大學(xué);2010年

6 朱蕾;復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2726827