基于ANSYS二次开发的风力机叶片结构优化.pdf

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1、第35卷第7期哈尔滨工程大学学报Vo1．35No．72014年7月JournalofHarbinEngineeringUniversityJu1．2014基于ANSYS二次开发的风力机叶片结构优化陈进，马金成，汪泉，郭小锋，李松林(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400030)摘要：针对某850kW风力机叶片，改变其铺层材料，对其重新进行铺层设计。以材料厚度、腹板位置、主梁宽度等作为设计变量，将叶片质量最小作为目标函数，建立了叶片优化的数学模型。采用MATLAB和ANSYS建立了复合材料参数化叶片模型，通过改进的粒子

2、群算法实现其优化过程。结合德国GL标准，基于动量一叶素理论的BLADED软件计算得到了各截面的极限载荷，并分段施加载荷增量，以更真实地描述叶片受力状态。经分析发现，相比最初的叶片，在保证叶片强度和叶尖位移约束的前提下，叶片质量减轻12．58％。关键词：风力机叶片；铺层设计；结构优化；参数化；ANSYS；粒子群算法doi：10．3969／j．issn．1006-7043．201305065网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／doi／10．3969／j．issn．1006-7043．2013050

3、65．html中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1006．7043(2014)07．0895—06Structuraloptimizationofthewindturbinebladecombining，theANSYSsecondarydevelopmentCHENJin，MAJincheng，WANGQuan，GUOXiaofeng，LISonglin(StateKeyLaboratoryofMechanicTransmission，ChongqingUniversity，Chongqing400030，C

4、hina)Abstract：Inviewofthe850kWwindturbineblade。thematerialsofthelayerwerechangedandthelayoutwasre—designed．Usingthethicknessofthematerials，thelocationofthewebsandthewidthofthegirdersasthedesignvariables．theminimumblademassastheobiectivefunction，theoptimizedmathem

5、aticalmodelofthebladewasfound．ThecompositematerialparametricblademodelwasbuiltbyMATLABandANSYS．andtheoptimizedprocesswasrealizedbythemodifiedparticlesWalTnoptimization(PSO)．TheultimateloadofeverysectionwassolvedbyBLADEDwhichiSbasedonthebladeelementmomentumtheory．

6、Theincreasingloadwasappliedtoeverypartofthebladeandthestrainedconditionofthebladecouldbedescribedmorerealistically．Theresultsshowedthattheblademassdecreasedby12．58％basedonthekeepingtheintensityofthebladeandthedistanceofthetipthantheinitialblade．Keywords：windturbi

7、neblade；layerdesign；structuraloptimization；parameterization；ANSYS；particleswarmoptimization(PS0)风轮叶片是风力发电装置最关键、最核心的部设计及优化一直是国内外学者所探究的热点，c．分之一，为提高其发电性能和功率，叶片翼型被设计Kong等针对变载荷和疲劳载荷对风力机叶片结构得往往异常复杂J，并且随着风力机单机容量增的影响做出了深入研究，并结合实验对比论证其分大，叶片长度也相应增加。为保证其足够的强度和析的准确性J，ErikLun

8、d等采用离散化方法对简化疲劳寿命，水平轴风力机叶片基本由复合材料制造的风力机叶片壳单元进行了结构铺层优化，验证了而成，其成本占整个装置成本的15％一20％，因此叶该方法的优越性J，c．C．Liao等采用FAST软件与片的设计和选材非常重要j。复合材料叶片结构改进的粒子群算法对风力机叶片截面铺层进行了优化，并利用FOC