[發(fā)明專利]一種風(fēng)力機(jī)葉片的細(xì)觀纖維鋪角優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910647856.0
• 申請日: 2019-07-16
• 公開（公告）號: CN112241573B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫鵬文;于澤林;吳鵬輝;榮強(qiáng);郭文強(qiáng);趙清鑫;張亞倩
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/28;G06Q10/04;G06Q50/06;G06F111/04;G06F113/06;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種風(fēng)力機(jī)葉片的細(xì)觀纖維鋪角優(yōu)化方法，其特征在于借鑒離散多相材料優(yōu)化思想，針對風(fēng)力機(jī)葉片制造所用的鋪層纖維布，將單、雙、三軸向鋪層纖維布等效轉(zhuǎn)化為0°、45°、-45°、90°這四種不同種角度的單層鋪層纖維，并根據(jù)所述四種不同種角度的鋪層纖維具有各向異性的力學(xué)性能將其視作四種不同的材料，通過使風(fēng)力機(jī)葉片模型得到最大的強(qiáng)度和剛度，以尋求鋪層纖維在風(fēng)力機(jī)葉片空間中的最優(yōu)化布局；通過建立風(fēng)力機(jī)葉片的仿真模型并結(jié)合有限單元法，以仿真模型細(xì)觀單元的鋪層角度為設(shè)計(jì)變量、仿真模型的應(yīng)力最小為約束條件、仿真模型的剛度最大為目標(biāo)函數(shù)，采用有限元法推導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計(jì)變量的靈敏度，構(gòu)建風(fēng)力機(jī)葉片的細(xì)觀纖維鋪角優(yōu)化模型；對優(yōu)化模型采用遺傳算法與全局尋優(yōu)理論進(jìn)行優(yōu)化求解，得到初始的鋪層角度；結(jié)合風(fēng)力機(jī)葉片生產(chǎn)制造過程中的要求進(jìn)行局部調(diào)整，從而獲得風(fēng)力機(jī)葉片細(xì)觀尺度層面的鋪層角度；

具體包括以下步驟：

S1、依據(jù)離散多相材料優(yōu)化，建立風(fēng)力機(jī)葉片的仿真模型并結(jié)合有限單元法，以仿真模型細(xì)觀單元的鋪層角度為設(shè)計(jì)變量、仿真模型的應(yīng)力最小為約束條件、仿真模型的剛度最大為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建風(fēng)力機(jī)葉片的細(xì)觀纖維鋪角優(yōu)化模型；

S2、基于離散多相材料優(yōu)化方法，對風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行有限元分析計(jì)算，根據(jù)有限元分析計(jì)算結(jié)果推導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計(jì)變量的靈敏度；

S3、利用遺傳算法選取鋪層角度，再結(jié)合有限元迭代計(jì)算及收斂判斷準(zhǔn)則判斷結(jié)果是否滿足要求，最終完成對復(fù)合纖維風(fēng)力機(jī)葉片單元鋪設(shè)角度的優(yōu)化；

S4、利用遺傳算法與分段取樣原則，以提高整體葉片角度尋優(yōu)速率；

步驟S1所述的風(fēng)力機(jī)葉片的細(xì)觀纖維鋪角優(yōu)化模型表達(dá)式為：

Find X＝{x_pij}，p∈N，j∈M，i∈N^can

式中：x_pij為第p個(gè)單元的第i層第j種備選材料的選擇變量，N為單元的數(shù)目，N^can為層數(shù)，M為單元內(nèi)備選材料的數(shù)目，C為結(jié)構(gòu)的柔順度，F(xiàn)為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)載荷向量，K為結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣，為插值后的材料本構(gòu)矩陣，為單元內(nèi)第j種備選材料的平均應(yīng)力，σ_{j max}為單元內(nèi)第j種備選材料的最大應(yīng)力。