[發明專利]基于拓撲和尺寸優化的風電葉片模具鋼架的設計方法在審
【權利要求書】：
1.基于拓撲和尺寸優化的風電葉片模具鋼架的設計方法，所述葉片模具包括玻璃鋼殼體、截面板和模具支撐鋼架，所述玻璃鋼殼體設置在所述模具支撐鋼架上方，所述截面板的下端與所述截面框架連接，所述截面板的上端與所述玻璃鋼殼體連接；
所述模具支撐鋼架包括由桿件制成的若干截面框架、第一頂部主梁、第二頂部主梁、第一底部主梁和第二底部主梁；若干截面框架間隔排列；所述截面框架的左側上端與第一頂部主梁連接，所述截面框架的左側下端與第一底部主梁連接，所述截面框架的右側上端與第二頂部主梁連接，所述截面框架的右側下端與第二底部主梁連接，第一頂部主梁和第一底部主梁之間、第二頂部主梁和第二底部主梁之間均設有若干傾斜的連接桿；
其特征在于，所述設計方法包括如下步驟：
步驟a：模具支撐鋼架載荷計算：
根據葉片長度將所述葉片模具進行分段，設置每段葉片模具上的截面框架的數量，并估算每段鋼架上的玻璃鋼殼體、截面板和葉片的重量；構建模具支撐鋼架的支撐結構初始空間設計區域，并設定每個截面框架上的外載荷的質量；
步驟b：對模具支撐鋼架的支撐結構初始空間設計區域采用殼單元來填充，采用截面框架的形式構建模具支撐鋼架結構，對模具支撐鋼架進行分段拓撲優化，拓撲優化后得到模具支撐鋼架的抽象曲線；
步驟c：構建桿件的屬性庫并編號，所述桿件的屬性庫包括桿件的材料、截面形狀和截面尺寸，從所述桿件的屬性庫中選擇所述連接桿和所述截面框架中各桿件的材料、截面形狀和截面尺寸；
步驟d)構建優化模型，使用遺傳算法對連接桿和所述截面框架中各桿件的材料、截面形狀和截面尺寸的截面尺寸進行優化，獲得合適的截面尺寸。
2.根據權利要求1所述的基于拓撲和尺寸優化的風電葉片模具鋼架的設計方法，其特征在于，所述截面框架包括截面上橫撐、截面下橫撐、三根截面豎撐、兩根截面斜撐和兩根立柱；
兩所述立柱分別為第一立柱和第二立柱，所述第一立柱和第二立柱的下端分別與所述截面下橫撐的兩端連接，所述截面上橫撐的兩端分別與第一立柱和第二立柱的中部連接，所述截面豎撐的上下兩端分別與所述截面上橫撐和所述截面下橫撐連接；兩所述截面斜撐設置在所述截面上橫撐的上方，且兩所述截面斜撐的上端分別與兩所述立柱連接，兩所述截面斜撐的下端與所述截面上橫撐連接；
每個截面框架的第一立柱上端均與第一頂部主梁連接，每個截面框架的第一立柱的下端均與第一底部主梁連接；每個截面框架的第二立柱上端均與第二頂部主梁連接，每個截面框架的第二立柱的下端均與第二底部主梁連接。
3.根據權利要求2所述的基于拓撲和尺寸優化的風電葉片模具鋼架的設計方法，其特征在于，步驟c中，截面框架和連接桿考慮多材料、多截面形狀及離散尺寸優化的問題的計算公式如下所示：
PProp＝[mat，sect，dimen]＝[Prop1，Prop2，...]
X(i)＝[P1，P2，P3，...]
min：m
s.tmat∈[Q235，Q345]
sect∈[a，b]
dimen∈[10×8，....]
Pj∈Propj
S≤180MPa
D≤25mm
式中，Prop表示所有型材屬性庫的集合，Propj表示桿件j的材料、截面形狀屬性庫，j表示連接桿、截面上橫撐、截面下橫撐、截面豎撐、截面斜撐和立柱；mat表示材料庫，sect表示截面形狀庫，dimen表示截面尺寸庫；X(i)表示一種設計方案；pj表示桿件j的屬性，該屬性包括材料、截面形狀和截面尺寸變量的組合變量，用以確定桿件j的狀態，D表示整個結構的變形，S表示整個結構的最大組合應力。
4.根據權利要求1所述的基于拓撲和尺寸優化的風電葉片模具鋼架的設計方法，其特征在于，所述步驟a中，將模具支撐鋼架分成四段，分別為第一段鋼架、第二段鋼架、第三段鋼架和第四段鋼架，第一段鋼架上的截面框架個數為10，第二段鋼架上的截面框架個數為8，第三段鋼架上的截面框架為12，第四段鋼架上的截面框架個數為12。
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