[發明專利]一種復合纖維風力機葉片的剛度優化方法

有效

• 申請號: 202010733441.8
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111832211B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 孫鵬文;李宏宇;吳鵬輝
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;F03D1/06;G06F111/10;G06F113/06
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 葉林

1.一種復合纖維風力機葉片的剛度優化方法，其特征在于，依據離散材料優化方法和有限元分析方法，以復合纖維風力機葉片各區域的材料人工密度為設計變量、柔順度為剛度表征指標，結合葉片非等厚度制造約束和實際生產過程中葉片的鋪層方案，通過調整鋪層方案，最終形成針對復合纖維風力機葉片的剛度優化方法；

具體包括以下步驟：

S1、對復合纖維風力機葉片翼型上各離散點數據進行處理，得到各離散點空間坐標；采用三次B樣條擬合方式繪制復合纖維風力機葉片各截面的空間樣條曲線，分別以所有截面翼型的前緣點和后緣點繪制兩條樣條曲線，并將兩條曲線作為引導線掃掠得到復合纖維風力機葉片三維模型；

S2、在步驟S1的基礎上，對復合纖維風力機葉片三維模型劃分區域，將葉片各區域沿葉片伸展方向和環向進行編碼；

S3、在步驟S2的基礎上，對復合纖維風力機葉片三維模型劃分單元，單元采取四結點四邊形線性殼體單元；賦予復合纖維風力機葉片三維模型材料屬性，求解單元剛度矩陣；

S4、在步驟S3的基礎上，選取相應風場，對風場進行模擬，求解作用于葉片上的等效風載荷；

S5、在步驟S4的基礎上，建立復合纖維風力機葉片的有限元模型，通過單元剛度矩陣疊加，得到復合纖維風力機葉片各區域的區域剛度矩陣；

S6、在步驟S5的基礎上，對葉片進行區域剛度矩陣材料插值；建立復合纖維風力機葉片的剛度優化數學模型；分析計算復合纖維風力機葉片的位移；采用序列二次規劃算法進行設計變量的求解和更新迭代，依據收斂準則判斷結果的收斂性；得到優化后的數據文件；

S7、在步驟S6的基礎上，對優化后的數據文件進行處理，實現復合纖維風力機葉片的剛度優化。

2.如權利要求1所述的一種復合纖維風力機葉片的剛度優化方法，其特征在于，步驟S2所述的劃分區域采用位置劃分法，區域位置的選取參考實際生產中的鋪層方案。

3.如權利要求1所述的一種復合纖維風力機葉片的剛度優化方法，其特征在于，步驟S6所述的區域剛度矩陣材料插值采用材料屬性有理近似模型和剛度矩陣插值模型相結合的方法，具體表示為：

其中，K(x_i,j,m)代表葉片總剛度矩陣，x_i,j,m代表設計變量，i代表區域，j代表備選材料，m代表層，N^l代表葉片總層數，N^p代表葉片區域集合數，N^m代表葉片材料選擇數，q代表懲罰因子，K_ijm代表區域中備選材料的剛度矩陣。

4.如權利要求1所述的一種復合纖維風力機葉片的剛度優化方法，其特征在于，步驟S6所述的序列二次規劃算法需要靈敏度信息以提供優化搜索方向，靈敏度表達式為：

其中，C為柔順度，x_i,j,m代表設計變量，q代表懲罰因子，K_ijm代表區域中備選材料的剛度矩陣，U_i為第i個區域的位移向量，為第i個區域的位移轉置向量。

5.如權利要求1所述的一種復合纖維風力機葉片的剛度優化方法，其特征在于，步驟S6所述的收斂準則，其表達式為：

其中：d^k代表第k次迭代的優化步長，C^k代表第k次迭代的目標函數值，C^k-1代表第k-1次迭代的目標函數值，ε₁和ε₂分別代表改變量的最大界限值。