极端服役环境下的风电机组塔架结构参数优化研究.pdf

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1、中国机械工程第24卷第16期2013年8月下半月极端服役环境下的风电机组塔架结构参数优化研究戴巨川刘旋杨书仪文泽军沈祥兵1．湖南科技大学，湘潭，4112012．湘电风能有限公司，湘潭，411000摘要：以大型风电机组塔架为对象，开展了极端服役环境下的塔架结构参数优化设计研究。采用壁厚分段式线性变化结构对塔架进行描述，介绍了基于BEM理论的风电机组气动载荷分析方法，运用有限元仿真分析塔架结构参数与极限载荷作用下的应力以及结构参数与固有频率的关联特性，采用支持向量机(SVM)方法分别构建了结构参数与应力、固有频率的快速计算模型。以质量最小为目标，强度、固有频率和边界条件为约束对塔架结构参数进行

2、了设计优化，引入遗传算法(GA)进行优化求解。对某2MW风电机组塔架进行实例设计研究，结果表明优化后的塔架质量减小3．5。关键词：风电机组塔架；有限元分析；结构参数优化；支持向量机；遗传算法中图分类号：TK83D0I：10．3969／j．issn．1004—132X．2013．16．005ResearchonWindTurbineTowerStructureParameterOptimizationinExtremeServiceEnvironmentDaiJuchuanLiuXuanYangShuyiWenZejunShenXiangbing。1．HunanUniversityofSci

3、enceandTechnology，Xiangtan，Hunan，4112012．XiangtanElectricManufacturingCorporationLtd．，Xiangtan，Hunan，411000Abstract：Structureparameteroptimizationofwindturbinetowerinextremeserviceenvironmentwascarriedoutherein．Asegmentedlinearchangestructurewasemployedtodescribethetowerwallthickness。andthetowerlo

4、adanalysismethodwasintroducedbasedonbladeelementmomentum(BEM)theory．Therelatedcharacteristicsoftowerstructureparametersandstressunderextremeloadsandthatoftowerstructureparametersandnaturalfrequencywereanalyzedbyusingthefiniteelementsimulationmethod．TheSVMmethodwasusedtobuildarapidcalculationmodelo

5、ftowerstructureparametersandstress，andthatoftowerstructureparametersandnaturalfrequency．Then，theminimumtowermasswasselectedtobeastheoptimizationgoal；thestrength，naturalfrequencyandtheboundaryconditionswereselectedtobeastheconstraintconditions；theGAwasemployedtobeastheoptimizationalgorithm．Basedont

6、heaboveproposedoptimizationmethod，a2MWwindtur—binetowerwasoptimizedandtheoptimizationresultsshowthatthetowermassisreducedby3．5andthestresscurveiSsmoother．Keywords：windturbinetower；finiteelementanalysis；structureparameteroptimization；supportvectormachine(SVM)；geneticalgorithm(GA)0引言(FEM)和计算流体力学(CFD

7、)方法探讨了塔架风能是一种可再生的清洁能源，是各国新能高度和横截面参数取值范围；Uys等同时考虑源开发和利用的战略选择，近年来对它的开发利材料成本与制造成本，以综合成本最小为目标，获用发展迅速。塔架作为风电机组的支撑结构，其得了塔架壁厚、加强筋数目和直径等的优化值；稳定性与可靠性直接影响整个机组的运行安全，Clifton—smith等L4运用有限元法研究了塔架的塔架成本昂贵，制造成本占整机成本的15～屈曲稳定性，对屈曲应