【摘要】：作為捕獲風能的關鍵部件，風力機葉片的運動狀況和受力情況非常復雜，其良好的結構和性能是保證風力發(fā)電機組正常穩(wěn)定運行的決定因素。復合纖維風機葉片為典型的非回轉體、非等厚度鋪放，鋪層結構復雜，其性能隨鋪層角度、鋪層順序和鋪層厚度的不同而變化。為此，對風機葉片復合纖維鋪層結構進行優(yōu)化設計研究，可為風機葉片設計制造提供一定的理論基礎和技術支持。 在闡述復合纖維層合板結構優(yōu)化設計國內外研究現(xiàn)狀的基礎上，根據(jù)復合纖維層合板的基礎知識、結構優(yōu)化理論和方法，制定了適合于風機葉片的結構優(yōu)化方案。 鋪層參數(shù)對葉片性能存在耦合影響，耦合機理、耦合關系異常復雜，目前的技術方法和手段尚無法實現(xiàn)。為此，論文從工程角度出發(fā)，采用理論分析、有限元分析與結構優(yōu)化相結合的方法，通過建立數(shù)學優(yōu)化模型，運用分級優(yōu)化的策略，在Optistruct中對鋪層參數(shù)進行單因素優(yōu)化，探求風機葉片的最優(yōu)鋪層方案。 第一級對鋪層角度優(yōu)化，以層合板的應力分析為依據(jù)，建立了鋪層角度與失效準則和葉片強度關系的數(shù)學模型，以結構的最大應力值最小為優(yōu)化目標，鋪層角度為設計變量，采用局部逼近法對鋪層角度進行優(yōu)化，得到滿足復合纖維風機葉片性能要求的鋪層角度為0°、±45°和90°。 第二級對鋪層厚度優(yōu)化，以層合板各剛度矩陣為依據(jù)，建立葉片鋪層厚度與結構剛度和質量關系的數(shù)學模型，以葉片質量和柔度最小作為優(yōu)化目標，對結構鋪層厚度進行優(yōu)化，得到滿足葉片剛度和質量要求的葉片整體基本鋪層結構。 第三級對鋪層次序優(yōu)化，確保葉片鋪層次序滿足制造要求，建立鋪層順序與制造約束的數(shù)學模型，以鋪層規(guī)則為約束，對基本鋪層結構進行鋪層次序優(yōu)化，得到滿足葉片結構和制造要求的鋪層方案。 最后，優(yōu)化原始鋪層方案，并對二者進行結構分析和對比，結果表明優(yōu)化方案的整體應力和應變均有較大程度的降低，驗證了優(yōu)化方案和方法的正確性和有效性。
【圖文】：

圖 1-1 全球風電累計裝機容量增長趨勢Fig.1-1 Cumulative installed capacity growth trend of global wind power我國風電產(chǎn)業(yè)向大功率、大型化方向發(fā)展。據(jù)可再生能源學會統(tǒng)計，，截止201年，中國新增風電機組約7880臺，裝機容量12960MW，同比下降26.5%[2]。我國風電事業(yè)發(fā)展較晚，技術相對落后，已成為制約風電事業(yè)發(fā)展的首要問題。內蒙古風能具有分布面廣、有效風時長、平均風速大等特點，總儲量約占全國陸地風電儲量的 50%，居全國之首。內蒙古風電事業(yè)隨著國家能源結構的調整

1 、 2 、 3 稱為材料主軸[33]，分別表示纖維縱向、纖維橫向和層合板厚度方向。圖 2-1 單向板材料坐標系Fig. 2-1 Coordinate system of unidirectional plate單向板中纖維起承載和增強作用，基體則是用來保護和支撐纖維，并起傳遞和分配載荷，為各向異性非均勻材料。（2） 層合板（Laminate）層合板是由材料主方向不同的各單向板按照一定的次序鋪放并粘結在一起所構成的結構板，其中每一個單向板叫做是層合板的一個鋪層，如圖 2-2 所示。
【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】：2014
【分類號】：TK83

【參考文獻】

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本文編號：2620428