復合材料風力機葉片鋪層厚度對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成熟風機葉片作為研究模型,探究單向纖維布鋪層厚度對風機葉片性能影響的特性規(guī)律。根據(jù)風力機葉片結(jié)構(gòu)特點,確定合適建模方法,尋求適于非對稱層合板的目標函數(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)的風機葉片鋪層厚度最優(yōu)解。 

【文章來源】：包鋼科技. 2018,44(05)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

某1.5MW葉片截面結(jié)構(gòu)示意圖

，適應(yīng)風場等級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)示意圖風力機葉片鋪層為典型非回轉(zhuǎn)體不等厚度鋪放，依據(jù)已有實際鋪層方案對其分層逐段建模，其過程相對繁瑣、工作量大。綜合考慮葉片建模可行性、有效性等相關(guān)因素，選取距離距葉根14.6m處為研究對象，建立有限元模型。在葉片每個受力截面中心處施加等效后的三個方向的集中力和三個方向的彎矩載荷，對葉片根部進行六個自由度上的全約束。最終得到如圖2所示的有限元模型，其中共包含9060個單元，9120個節(jié)點。圖2某1.5MW風力機葉片有限元模型1．1葉片材料屬性復合材料纖維布的基本屬性如表1所示。表1復合纖維布基本參數(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，對整機葉片的分析具有重要意義。本文選用葉片在50年一遇極端運行陣風(EOG50)情況下的工況作為葉片運行環(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)對于提高葉片的機械性能有重要作用。葉片的剛度和強度是衡量葉片性能的兩個重要參數(shù)，而葉片本身結(jié)構(gòu)為典型非等厚度規(guī)則回轉(zhuǎn)體，直接以剛度和強度計算葉片整體優(yōu)化模型其鋪層層數(shù)多、過程繁瑣、計算工作量大。為提高計算效率，首先建立葉片近似模型，將葉片原始鋪層結(jié)構(gòu)進行簡化，然后分別以葉片剛度、強度為優(yōu)化目標函數(shù)，采用同種鋪層方案進行葉片鋪層，以有限元法和遺傳算法相結(jié)合的方法作為優(yōu)化方法，對近似模型進行結(jié)構(gòu)尋優(yōu)設(shè)計。其簡化近似模型如圖3所示。圖3風力機葉片近似模型在葉片的三個不同部位，以原有鋪層方案為基礎(chǔ)，重新設(shè)計六種鋪層方案，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加強處5［0°/(±45°)/(±45°)/90°］NT46［0°/(±45°)/(±45°)/0°］NT42．2．1鋪層優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型以結(jié)構(gòu)剛度為目標函數(shù)時設(shè)計近似模型的最大位移最小;以結(jié)構(gòu)靜強度為目標函數(shù)時設(shè)計近似模型最大主應(yīng)力最小。兩種不同優(yōu)化設(shè)計方案的數(shù)學模型可整體表述為: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】：
期刊論文
[1]基于遺傳算法的風力機葉片結(jié)構(gòu)鋪層厚度優(yōu)化[J]. 孫鵬文,侯戰(zhàn)華,岳彩賓,李建東,安佰偉.  太陽能學報. 2016(06)
[2]基于遺傳算法的大型風機復合材料葉片根部強度優(yōu)化設(shè)計[J]. 馮消冰,黃海,王偉.  復合材料學報. 2012(05)
[3]基于最終失效強度的層合板結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[J]. 王向陽,郭奔.  武漢理工大學學報(交通科學與工程版). 2006(01)



本文編號：3343056