[發(fā)明專利]一種大型直驅(qū)風(fēng)電機組的心軸強度優(yōu)化設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710875710.2
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107665278B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃守道;李慧敏;高劍;王云強;羅德榮
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/12
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

1.一種大型直驅(qū)風(fēng)電機組的心軸強度優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于實施步驟包括：

1)對風(fēng)電機組的錐形心軸建立心軸三維實體模型，將心軸三維實體模型導(dǎo)入有限元分析軟件中進行網(wǎng)格劃分及材料屬性定義，建立心軸有限元分析模型；

2)針對心軸有限元分析模型進行承受載荷計算，得到錐形心軸的極限載荷，將錐形心軸的極限載荷加載到心軸有限元分析模型中進行有限元分析，對錐形心軸的極限應(yīng)力進行計算，并通過留有指定裕度得到極限載荷情況下的錐形心軸強度F1；

3)通過改變錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到不同正交數(shù)據(jù)下的錐形心軸應(yīng)力測試數(shù)據(jù)；

4)擬合錐形心軸強度約束函數(shù)，所述錐形心軸強度約束函數(shù)包括錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)和錐形心軸強度之間的映射關(guān)系；

5)根據(jù)錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定錐形心軸的重量作為目標函數(shù)C；

6)以錐形心軸強度作為約束條件、錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為優(yōu)化變量，針對錐形心軸應(yīng)力測試數(shù)據(jù)采用遺傳算法對目標函數(shù)C進行尋優(yōu)，且在對目標函數(shù)尋優(yōu)過程中，以每一組錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)對應(yīng)的錐形心軸強度大于極限載荷情況下的錐形心軸強度F1作為篩選條件，最終得到的尋優(yōu)結(jié)果為最優(yōu)的一組錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)；

7)將最優(yōu)的一組錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)輸出；

步驟2)的詳細步驟包括：

2.1)選取輪轂坐標系，以葉輪的中心作為原點、葉輪旋轉(zhuǎn)軸線為X軸，Z軸與X軸垂直且方向向上，水平方向為Y軸且由右手法則確定，將風(fēng)電機組所受的載荷劃分成多種工況，每一種工況又包含至少一種子工況，針對各種子工況下風(fēng)電機組中與錐形心軸相套的主軸軸承的外圈對錐形心軸的非穩(wěn)定性載荷進行分析，所述非穩(wěn)定性載荷包括葉輪重力、空氣動力學(xué)載荷、發(fā)電機重力、慣性力，得到錐形心軸在極限工況下承受的極限載荷F0；

2.2)將極限載荷F0加載到心軸有限元分析模型中，通過表面效應(yīng)單元結(jié)構(gòu)將力傳遞到要加載的錐形心軸表面，得到心軸等效應(yīng)力分布云圖，對錐形心軸的極限應(yīng)力進行計算，并通過留有指定裕度得到極限載荷情況下的錐形心軸強度F1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型直驅(qū)風(fēng)電機組的心軸強度優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟3)中錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括錐形心軸的長度x₁、厚度x₂以及錐度x₃，且改變錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)時結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化變量范圍根據(jù)風(fēng)電機艙尺寸確定、并滿足風(fēng)電機組錐形心軸的安裝工藝，長度x₁的取值范圍為[a，b]，厚度x₂的取值范圍為[c，d]，錐度x₃的取值范圍為[e，f]，將每一個錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)取多個值采用正交試驗，得到不同正交數(shù)據(jù)下的錐形心軸應(yīng)力測試數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型直驅(qū)風(fēng)電機組的心軸強度優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟4)中擬合得到的錐形心軸強度約束函數(shù)時，具體是指采用最小二乘法擬合得到的錐形心軸強度約束函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型直驅(qū)風(fēng)電機組的心軸強度優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟4)中擬合得到的錐形心軸強度約束函數(shù)為F＝f(x₁,x₂,x₃)，其中x₁為錐形心軸的長度、x₂為錐形心軸的厚度、x₃為錐形心軸的錐度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型直驅(qū)風(fēng)電機組的心軸強度優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟5)中目標函數(shù)C的函數(shù)表達式為C＝ρV(x₁,x₂,x₃)，其中：ρ為錐形心軸材料的密度，V(x₁,x₂,x₃)為錐形心軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)對應(yīng)的錐形心軸體積，x₁為錐形心軸的長度、x₂為錐形心軸的厚度、x₃為錐形心軸的錐度。