【摘要】：隨著石化能源的日趨緊張,風能作為可替代能源日益受到重視和關注。作為風電機組的核心部件,葉片的性能直接關系到風力機的捕風效能、安全穩(wěn)定運行和使用壽命。鋪層參數(shù)不同,葉片的性能亦不同,且鋪層參數(shù)對葉片的性能存在耦合影響。為此,論文研究鋪層參數(shù)對風力機葉片性能的耦合影響,探究其耦合作用機理,以獲得優(yōu)化的鋪層參數(shù)組合方案。論文完成的主要工作有:論述了均勻試驗設計法、GA-RBFNN(遺傳算法徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡模型)、復合纖維層合板的結構形式和力學性能分析方法以及葉片的結構,建立了葉片的數(shù)值分析模型。以鋪層角度、±x°鋪層厚度比例和鋪層順序為自變量,以Tsai-wu失效因子、Mises應力作為衡量葉片強度的指標,以最大位移作為衡量葉片剛度的指標,研究了鋪層參數(shù)對風力機葉片性能的耦合影響。應用均勻試驗設計法設計了鋪層參數(shù)的試驗方案,分析了葉片的靜態(tài)強度和剛度;采用單因素均值法分析與交互項分析,得到了鋪層參數(shù)較優(yōu)的取值范圍;基于多項式回歸分析法,建立了鋪層參數(shù)與葉片性能指標間多對一的二次數(shù)學模型,運用方差分析對回歸方程和回歸系數(shù)進行了顯著性檢驗;通過分析獲得了兩兩鋪層參數(shù)對葉片性能的宏觀性耦合影響。為獲得鋪層參數(shù)的優(yōu)化值,采用多次混合水平均勻試驗設計法細化鋪層參數(shù),重新擬定試驗方案,分析了葉片的靜態(tài)強度和剛度;根據(jù)仿真結果,構建了具有預測能力的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡模型,通過計算網(wǎng)絡預測值與實際分析值誤差、均方差與均方根值,驗證了網(wǎng)絡模型的可靠性;在訓練完成的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡中融合遺傳算法,徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡預測值作為遺傳算法的輸入,對鋪層角度、±x°鋪層厚度比例和鋪層順序進行尋優(yōu),獲得了優(yōu)化的鋪層參數(shù)值和組合。實例表明:優(yōu)化后葉片的性能得到改善,驗證了方法的可行性和有效性。論文研究成果為大型復合纖維風力機葉片的結構鋪層設計和優(yōu)化提供了參考依據(jù)。
【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】：2018
【分類號】：TM315
【圖文】：

可再生、環(huán)保、無廢棄的風能備受矚目，世界上眾多國家都渴望把豐富的風能資源轉化為便捷的電能資源。風能的利用不僅可以在一定程度上滿足社會的可持續(xù)發(fā)展，同時可以保護人類賴以生存的環(huán)境。風力發(fā)電為我國可代替能源開辟了新天地、新機遇和新挑戰(zhàn)[1]。過去 15 年來，世界風電總裝機容量增速迅猛，以年均 24%的比例增加。我國風力資源相當富足，可開發(fā)使用的風能資源有近 10 億 KW，其中陸地上風能儲蓄約為2.53 億 KW，“十二五”期間，全國風電裝機容量就已躍升至世界榜首。近期頒布的《風力發(fā)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出，到 2020 年末，我國風電累積并網(wǎng)裝機達2.1 億 KW 以上，風電預計年發(fā)電量達 4200 億 KW，風電行業(yè)發(fā)展前景廣闊[2]。統(tǒng)計表明，2017 年全球風電增加裝機容量 59450 億 KW，世界風電累計裝機容量 546178億 KW。2012 年以來，我國連續(xù)五年風電新增裝機容量居世界首位，截止 2017 年風電新增裝機容量 1600 萬 KW，累計裝機容量可達到 1.65 億 KW。未來，我國乃至全球的風電發(fā)展將由快速增長逐漸進入穩(wěn)步階段，同時風電行業(yè)要從量的飛躍轉變?yōu)橘|的飛躍。圖 1-1 所示為全球風電新增裝機容量與累計裝機容量統(tǒng)計情況，盡管 2013年風電新增裝機容量有小幅下降，但總體風電累計裝機容量仍保持快速增長。

圖 2-1 U11（1110）兩因素 1、7 列布點圖Fig.2-1 The first and seventh columns of two factors in U11（1110）圖 2-2 U11（1110）兩因素 1、2 列布點圖Fig.2-2 The first and second columns of two factors in U11（1110）平均勻試驗設計平較多時采用均勻試驗設計表是較好的選擇，但具體試驗中常等的情況，此時采用混合水平均勻試驗設計表設計試驗方案

圖 2-2 U11（1110）兩因素 1、2 列布點圖Fig.2-2 The first and second columns of two factors in U11（1110）平均勻試驗設計較多時采用均勻試驗設計表是較好的選擇，但具體試驗中的情況，此時采用混合水平均勻試驗設計表設計試驗方案勻試驗設計建立在等水平均勻試驗設計的基礎上，運用擬計表轉化為混合水平均勻試驗設計表�；旌纤骄鶆蛟囼瀗 表示試驗次數(shù)，由于因素水平數(shù)不同需與等均勻試驗設計素數(shù)，1~iq q 表示因素水平數(shù)，表示為1 21 2( )iq qqn iU t t t勻試驗設計表的任意一列，不同水平出現(xiàn)的概率是相同的等于 1，所以試驗次數(shù)與各因素的水平數(shù)一般不相等；在機數(shù)種子的數(shù)量不同，相同的水平數(shù)會獲得不同的混合水均衡性也不盡相同，故需控制表格的均勻性度量指標和作XTX 的優(yōu)良性指標，以得到均衡性最優(yōu)的混合水平均勻試

【參考文獻】

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本文編號：2770556