2mw风力发电机轮毂优化设计

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1、第7期机械设计与制造2011年7月MachineryDesign&Manufacture7文章编号：1001—3997(2011)07—0007—022MW风力发电机轮毂优化设计：}：郑甲红杜翠(陕西科技大学机电工程学院，西安710021)Huboptimizationfor2MWwindturbineZHENGJia—hong，DUCui(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，ShanxiUniversityofScienceandTechnology，Xi’an710021，Chin

2、a)；【摘要】优化设计是一种为了让自己的设计材料最省、支出最小的一种技术。通常，在设计中，会{2有许多的设计方案以供选择，如何从众多的方案中选择一个最好的方案，就需要有较好的设计方法。优{l化设计的方法有很多，而拓扑优化又称结构布局优化，是一种根据优化目标、载荷及约束而寻求结构材2}料最佳分配的优化方法。针对2MW风力发电机轮毂进行了拓扑优化，对比分析了优化前后轮毂的质{l量、及联合工况下的应力和变形，结果表明，联合工况下的应力及变形减小，动态应力最大值减小，动态{}强度提高；并在三维软件中重建模型，验证优化后模型进行工程实践的可行性

3、。《l关键词：拓扑优化；风力发电机；轮毂{}【Abstract】Dptimaldesistechnologywhichmays倒ematerialswithleastcost．Usually，therewill{lbe口lotofdesignsavailableforchoosing，and0betterdesignmethodisrequiredtochoosethebestone．1}Therearemanywaysofoptimization,inwhichtopologyoptimization,knownstructural

4、layoutoptimiza-《ltion，stheoneforfindingthebestdistributionofstructuralmaterialsbasedonobjectivefunction，loadand{》constraints．Aimingat2MWwindturbinehubtopologyoptimization，0comparativeanalysisaboutoptimized{lqualityfrontanderiscarriedoutaswellasthestressanddeformationoft

5、hejointcondition，which厂e一；；sultsshowthatthestressanddeformationofthejointconditionshalldecreasewiththeminishingofmaxi-{；mumdynamic．stressandincreasingofdynamicstrength；Furthermore，reconstructionmodelisbuiltin{；three-dimensionalSoftware，whichvertheasibilityoftheoptimized

6、modelinengineeringpractice．{}Keywords：Topologyoptimization；Windturbine；Hub!中图分类号：TH12，TM315文献标识码：A1变密度拓扑优化方法的数学模型MinC=FU常用的拓扑优化方法有变厚度法、均匀化方法和变密度法等。ll／。k变密度拓扑优化方法的基本思想是引入一种假想的密度可变材料，S．T{0曼s～=1将连续结构体离散为有限元模型后，将结构中每个有限单元内的密l度指定为相同，以每个单元的密度为设计变量，则有：p=X。P。式中：构柔度；荷矢量；移矢量；。(e=

7、1，2，⋯n)式中：殛—每个单元的相对密度；p一在设计域里的每个单元的固为设计变量；卜剩余材料百分比；V．—优化后剩余材料的有密度；p—拓扑设计变量。总体积；。—设计区域的体积；⋯、一—单元相对密度的当置=1时，则表示该单元为有材料，保留或增加该单元(实下限和上限。设置=1，—单元相对密度的下限，其目体)；墨=0时，表示该单元无材料，单元应当删除(孔洞)。拓扑优的是为了使结构的总刚度矩阵不产生奇异，便于求解，同时化时，我们尽量使该材料的密度以。或1分布在设计区域。使被删除的单元能够恢复重新进入计算模型。拓扑设计变量p的。一1特性的不连

8、续性，使得连续变量优化方法中基于导数的有效求解无法进行，因此对其进行连续化处2拓扑优化设计理，即：=(Xe)。2．1模型及材料式中：K-单元的刚度；‰—单元的固有刚度；L__惩罚因子。轮毂实体模型是由SOLID—WORK