【摘要】：復合纖維風力機葉片的成型是一個多相材料、多參數(shù)、多目標的復雜鋪放過程。隨著葉片單機功率和尺寸的增大,對其性能要求越來越高。不同鋪層參數(shù)的組合使葉片的性能也不同。由于復合纖維具有各向異性的性質且纖維角度不是連續(xù)變量,而是有限的離散變量,因此可以將不同鋪層角度的纖維視作不同的材料,則鋪層角度優(yōu)化即轉化為離散多相材料的拓撲優(yōu)化問題。葉片各層的鋪層角度確定了,則鋪層順序和各鋪層纖維的厚度亦確定。為進一步發(fā)揮鋪層參數(shù)的可設計性潛力,論文以風力機葉片為對象開展離散多相材料鋪層參數(shù)優(yōu)化設計研究,完成的主要工作有:在闡述復合纖維風力機葉片結構優(yōu)化國內外研究現(xiàn)狀的基礎上,依據(jù)離散多相材料拓撲優(yōu)化理論,提出了離散材料優(yōu)化方法與遺傳算法相結合的風力機葉片細觀單元鋪層角度優(yōu)化方法。采用編程語言對有限元軟件進行二次開發(fā),通過運行離散多相材料拓撲優(yōu)化程序調用有限元軟件進行分析,并提取有限元分析結果進行遺傳算法尋優(yōu),從而完成離散多相材料拓撲優(yōu)化設計。依據(jù)離散材料優(yōu)化理論與方法,以細觀單元鋪層角度為設計變量、應力最小為約束條件,剛度最大為目標函數(shù),基于DMO(Discrete Material Optimization)方法建立了復合纖維風力機葉片離散多相材料拓撲優(yōu)化數(shù)學模型。在Abaqus軟件中完成了復合纖維風力機葉片的有限元分析,采用靈敏度分析方法推導出了結構響應量對纖維角度相變量的靈敏度信息。應用遺傳算法求解了葉片離散多相材料拓撲優(yōu)化數(shù)學模型,得到了葉片各層各單元優(yōu)化的鋪層角度,對優(yōu)化前后葉片的性能進行了對比分析,結果表明優(yōu)化后葉片的性能得到了顯著提升,基于離散材料優(yōu)化方法建立復合纖維風力機葉片離散多相材料拓撲優(yōu)化數(shù)學模型并應用遺傳算法進行優(yōu)化求解是合理可行的。論文研究成果可為工程實踐中復合纖維鋪放成型結構件設計與制造、鋪放控制的研究奠定必要的理論基礎和技術支撐,有著極其重要的現(xiàn)實意義和強烈的工程應用背景。
【學位授予單位】：內蒙古工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM315
【圖文】：

Layer 5 Layer 6圖 4-5 層合板的原始鋪層角度Fig. 4-5 The original ply angle of the laminatea) 最大位移 b)Tsai-wu 失效因子c）Mises 應力圖 4-6 原始鋪層下層合板的有限元分析結果Fig. 4-6 Finite element analysis results of original ply angle

c）Mises 應力圖 4-6 原始鋪層下層Fig. 4-6 Finite element analy根據(jù)圖 4-6 有限元分析結果可以看出，移為 3.364mm，最大 Tsai-wu 失效因子為 0（2）采用遺傳算法求解復合纖維層合優(yōu)鋪層角度，優(yōu)化迭代終止后層合板各層的和 4-8 所示。

Layer 5 Layer 6圖 4-7 優(yōu)化迭代終止后層合板的鋪層角度Fig. 4-7 Optimizing the layer angle of laminated plate after completiona)最大位移 b)Tsai-wu 失效因子c)Mises 應力圖 4-8 優(yōu)化迭代終止后層合板的有限元分析結果

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 孫鵬文;邢哲健;王慧敏;張媛;郜佳佳;;復合纖維風力機葉片結構鋪層優(yōu)化設計研究[J];太陽能學報;2015年06期

2 朱杰;蔡新;潘盼;顧榮蓉;;風力機葉片結構參數(shù)敏感性分析及優(yōu)化設計[J];河海大學學報(自然科學版);2015年02期

3 梁利華;謝少軍;潘柏松;;鋪層纖維方向對風力機葉片強度的影響分析[J];太陽能學報;2014年05期

4 馮消冰;黃海;王偉;;大型風機復合材料葉片鋪層優(yōu)化設計[J];玻璃鋼/復合材料;2013年03期

5 段尊義;閻軍;牛斌;辛星;趙國忠;;基于改進離散材料插值格式的復合材料結構優(yōu)化設計[J];航空學報;2012年12期

6 潘柏松;謝少軍;梁利華;;風機葉片葉根復合材料鋪層強度特性研究[J];太陽能學報;2012年05期

7 謝少軍;潘柏松;陳棟棟;張兆鑫;;基于試驗設計法的風機葉片鋪層結構分析及優(yōu)化[J];機電工程;2012年02期

8 高彤;張衛(wèi)紅;Duysinx Pierre;;多相材料結構拓撲優(yōu)化:體積約束還是質量約束?[J];力學學報;2011年02期

9 周玉君;雍歧衛(wèi);梁承志;孫松杰;雪城;;纖維纏繞復合材料管道等徑三通的強度分析[J];后勤工程學院學報;2010年01期

10 李成良;陳淳;;風力機葉片的結構分析與鋪層優(yōu)化設計[J];玻璃鋼/復合材料;2009年06期

相關博士學位論文 前1條

1 侯玉品;復合材料層合板鋪層設計與離散結構選型優(yōu)化方法研究[D];大連理工大學;2013年

相關碩士學位論文 前3條

1 龔智鵬;基于Abaqus的銑削仿真前處理關鍵技術研究及二次開發(fā)[D];南京航空航天大學;2017年

2 馮偉;基于變密度法的箱型梁結構拓撲優(yōu)化研究[D];中北大學;2014年

3 湯穎穎;基于變密度法的連續(xù)體拓撲優(yōu)化設計[D];長安大學;2008年

本文編號：2754524