復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片鋪層厚度對(duì)葉片性能影響作用明顯,不同角度纖維布所占鋪層厚度不同對(duì)葉片結(jié)構(gòu)性能影響不同。采用遺傳算法作為優(yōu)化算法,以某1. 5 MW成熟風(fēng)機(jī)葉片作為研究模型,探究單向纖維布鋪層厚度對(duì)風(fēng)機(jī)葉片性能影響的特性規(guī)律。根據(jù)風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn),確定合適建模方法,尋求適于非對(duì)稱層合板的目標(biāo)函數(shù)、遺傳算子（選擇、交叉、變異）等,并在此基礎(chǔ)上得到采用不同纖維布鋪設(shè)的風(fēng)機(jī)葉片鋪層厚度最優(yōu)解。 

【文章來源】：包鋼科技. 2018,44(05)

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

某1.5MW葉片截面結(jié)構(gòu)示意圖

，適應(yīng)風(fēng)場(chǎng)等級(jí)IECⅢA。葉片為主梁雙腹板結(jié)構(gòu)，由內(nèi)外蒙皮、主梁、腹板等構(gòu)成，如圖1所示。圖1某1.5MW葉片截面結(jié)構(gòu)示意圖風(fēng)力機(jī)葉片鋪層為典型非回轉(zhuǎn)體不等厚度鋪放，依據(jù)已有實(shí)際鋪層方案對(duì)其分層逐段建模，其過程相對(duì)繁瑣、工作量大。綜合考慮葉片建�？尚行浴⒂行缘认嚓P(guān)因素，選取距離距葉根14.6m處為研究對(duì)象，建立有限元模型。在葉片每個(gè)受力截面中心處施加等效后的三個(gè)方向的集中力和三個(gè)方向的彎矩載荷，對(duì)葉片根部進(jìn)行六個(gè)自由度上的全約束。最終得到如圖2所示的有限元模型，其中共包含9060個(gè)單元，9120個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖2某1.5MW風(fēng)力機(jī)葉片有限元模型1．1葉片材料屬性復(fù)合材料纖維布的基本屬性如表1所示。表1復(fù)合纖維布基本參數(shù)材料彈性模量/MPa剪切模量/MPa泊松比單軸向布Ex33190Gxy3690μxy0．230Ey11120Gyz3000μyz0．110Ez10120Gxz3000μxz0．110雙軸向布(±45°)Ex12500Gxy6000μxy0．626Ey11300Gyz6000μyz0．626Ez10000Gxz3200μxz0．140密度依次為1.93×103kg/m3、1.91×103kg/m3。1．2葉片載荷葉片不同位置載荷的精確性，對(duì)整機(jī)葉片的分析具有重要意義。本文選用葉片在50年一遇極端運(yùn)行陣風(fēng)(EOG50)情況下的工況作為葉片運(yùn)行環(huán)境條件，經(jīng)Bladed軟件處理，得到DCL1．6極限載荷工況載荷作為計(jì)算載荷工況(如表2所示)。表2DCL1．6極限工況下葉片各截面載荷截面位置/m集中力載荷/kNFXFYFZ彎矩載荷/(kN．m－1)MXMYMZ0．753．033055

確定合適的纖維布鋪層厚度(即鋪層比例)對(duì)于提高葉片的機(jī)械性能有重要作用。葉片的剛度和強(qiáng)度是衡量葉片性能的兩個(gè)重要參數(shù)，而葉片本身結(jié)構(gòu)為典型非等厚度規(guī)則回轉(zhuǎn)體，直接以剛度和強(qiáng)度計(jì)算葉片整體優(yōu)化模型其鋪層層數(shù)多、過程繁瑣、計(jì)算工作量大。為提高計(jì)算效率，首先建立葉片近似模型，將葉片原始鋪層結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后分別以葉片剛度、強(qiáng)度為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，采用同種鋪層方案進(jìn)行葉片鋪層，以有限元法和遺傳算法相結(jié)合的方法作為優(yōu)化方法，對(duì)近似模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)尋優(yōu)設(shè)計(jì)。其簡(jiǎn)化近似模型如圖3所示。圖3風(fēng)力機(jī)葉片近似模型在葉片的三個(gè)不同部位，以原有鋪層方案為基礎(chǔ)，重新設(shè)計(jì)六種鋪層方案，建立近似模型鋪層結(jié)構(gòu)(如表3所示)。表3六種鋪層方案位置序號(hào)鋪層方案循環(huán)數(shù)過渡處1［0°/(±45°)/90°］NT52［0°/(±45°)/0°］NT5其他部位3［0°/(±45°)/0°/0°］NT44［0°/0°/(±45°)/0°］NT4加強(qiáng)處5［0°/(±45°)/(±45°)/90°］NT46［0°/(±45°)/(±45°)/0°］NT42．2．1鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型以結(jié)構(gòu)剛度為目標(biāo)函數(shù)時(shí)設(shè)計(jì)近似模型的最大位移最小;以結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度為目標(biāo)函數(shù)時(shí)設(shè)計(jì)近似模型最大主應(yīng)力最小。兩種不同優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的數(shù)學(xué)模型可整體表述為:最小化(minimize):f(X)=f(x1，x2，…．xn)約束條件(subjectto):gj(X)≤0j=1，……，mhhk(X)=0k=1，……，mhxLi≤xi≤xUii=1，……，n式中，X=(x1，x

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3343056