[發明專利]風力發電機組主機架的拓撲優化設計方法

有效

• 申請號: 202110231410.7
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112818581B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 王玉梅;仵文松;黃金余;譚術平;解柯;張萬軍
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團海裝風電股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14;G06F119/04
• 代理公司: 重慶鼎慧峰合知識產權代理事務所(普通合伙) 50236
• 代理人: 劉立烈

本發明公開了一種風力發電機組主機架的拓撲優化設計方法，首先，根據風力發電機組主機架的功能需求模塊和組成構件構建主機架的拓撲優化模型，將涉及變量區域完全填充并設置凍結區域，并將拓撲優化模型導入拓撲優化軟件中對主機架的設計變量區域進行拓撲優化。然后，根據拓撲優化結果重構主機架的結構模型，并根據主機架的裝配工藝需求和制造工藝需求，構建主機架的二次拓撲優化模型，并將二次拓撲優化模型導入拓撲優化軟件中繼續進行拓撲優化。最后，通過有限元方法驗證在疲勞工況和極限工況下二次拓撲的優化結果是否滿足設計要求，如果滿足要求，則得到主機架的優化結構，反之，則需要調整拓撲優化參數，重新進行拓撲優化。

技術領域

本發明涉及計算機輔助設計優化、驗證或模擬技術領域，具體涉及一種風力發電機組主機架的拓撲優化設計方法。

背景技術

風力發電機組的主機架給主軸部件、齒輪箱、發電機、風輪系統、偏航系統、潤滑系統等提供支撐，且在工作過程中其受力情況比較復雜。因此主機架的結構設計時需要保證其強度、剛度、穩定性。目前，我國風電產業實現穩步發展，正逐步由競價邁向平價時代，主機架的成本控制要求較高，需要在滿足主機架使用要求的情況下，使其設計生產制造成本降到最低，這對主機架設計提出更高要求。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出一種風力發電機組主機架的拓撲優化設計方法，可以縮短設計周期，降低設計生產制造總成本。

具體技術方案如下：

第一方面，提供了一種風力發電機組主機架的拓撲優化設計方法，包括：

建立主機架的拓撲優化模型，并對拓撲優化模型的設計變量區域進行拓撲優化；

基于拓撲優化結果，根據制造工藝需求和裝配工藝需求建立主機架的二次拓撲優化模型，并對二次拓撲優化模型的設計變量區域進行拓撲優化；

通過有限元分析方法驗證二次拓撲優化模型在極限工況和疲勞工況是否滿足設計要求，當不滿足設計要求時，重新進行拓撲優化設計。

結合第一方面，在第一方面的第一種可實現方式中，所述建立主機架的拓撲優化模型包括：

構建風力發電機組的有限元模型，得到所述主機架的拓撲優化模型；

通過有限元分析驗證所述拓撲優化模型的可行性，若驗證未通過，則重新建立所述拓撲優化模型。

結合第一方面的第一種可實現方式，在第一方面的第二種可實現方式中，所述構建風力發電機組的有限元模型包括：

根據風力發電機組主機架的功能需求模塊建立所述主機架的前期拓撲模型；

基于前期拓撲模型，根據風力發電機組組成構件，采用完全建模方法構建所述風力發電機組的結構模型；

對所述結構模型的部分部件進行簡化或去除處理，得到簡化模型；

對簡化模型進行網格劃分，得到所述風力發電機組的有限元模型。

結合第一方面，在第一方面的第三種可實現方式中，定義應變能最小化為拓撲優化的目標函數，定義主機架體積為原模型體積的10％～30％為拓撲優化的第一約束條件，定義主機架左右對稱為拓撲優化的第二約束條件，定義所述設計變量區域為設計變量。

結合第一方面，在第一方面的第四種可實現方式中，根據GL標準或者IEC標準確定所述主機架的極限工況作為拓撲優化的載荷工況。

結合第一方面，在第一方面的第五種可實現方式中，所述基于拓撲優化結果，根據制造工藝需求和裝配工藝需求建立主機架的二次拓撲優化模型，包括：

將通過拓撲優化得到的主機架的節點單元模型轉化為邊界連續實體模型；

根據邊界連續實體模型構建所述主機架的初步結構模型；