基于遗传算法的复合纤维风力机叶片结构铺层优化与应用-机械工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 内蒙古 内蒙古工业大学硕士学位论文 原 创 性 声 明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得 内蒙古工业大学及其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古工 业大学有权将学位论文的全部或部分内容保留并向国家有关机构、部门送交学位论 文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。为保护学校和导师的知识产权，作者毕业后涉及该 学位论文的主要内容或研究成果用于发表学术论文须征得内蒙古工业大学就读期 间导师的同意，并且版权单位必须署名为内蒙古工业大学方可投稿或公开发表。 本学位论文属于 保密□，在 年解密后适用本授权书。 不保密□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 3 4 内蒙古工业大学硕士学位论文 摘 要 叶片作为风力发电机组的重要组成部件，主要实现对风能的捕获。叶片性能的 优劣主要由风力机叶片的外型和铺层结构两方面决定。采用不同的铺层角度、铺层 厚度、铺层顺序建立的叶片铺层结构具有不同的结构性能。为此，论文以复合纤维 风力机叶片铺层结构设计优化为研究方向，对其进行结构性能优化研究。 阐述了复合纤维风力机叶片铺层结构优化分析的国内外研究现状、层合板的基 本理论、约束最优化问题以及复合纤维结构优化设计方法。以上述基本理论、设计 原则和优化方法为基础，制定了有限元分析和遗传算法相结合的优化设计方法，即 将有限元分析得到的结构最大位移和最大主应力作为遗传算法的优化对象，解决复 杂、多变量的风力机叶片结构性能最值优化问题。 根据风力机叶片的结构构型特点、基本参数，选用合理的建模方法建立了叶片 的三维模型。分析了叶片不同位置受力特点；结合叶片的实际运行工况条件，选取 合适部位，建立了合理、有效的有限元分析模型。 通过有限元分析，建立了最大位移与节点、最大主应力与单元之间的关系，以 此为基础，设计遗传优化目标函数，采用改进的遗传算法实现铺层优化。以简单复 合纤维层合板模型为例，验证论文提出的优化方法的可行性，并将其推广应用到对 风力机叶片的结构性能优化研究中。 对整机叶片进行结构刚度分析和静强度分析。由结构静强度分析结果可知，叶 片强度失效部位主要集中于叶根部位，验证了经理论分析后建立有限元分析模型合 理性。 以提出的优化方法为工具，叶片结构性能最佳为目标，分别将铺层角度、铺层 厚度作为优化设计变量，得到优化后的最佳铺层角度和铺层厚度。在此基础上，参 考原有铺层顺序，结合工程实际，重新设计铺层顺序方案，通过仿真对比分析得到 适于不同部位的铺层顺序。 应用上述结论，对原有铺层方案进行改进，重新建立合理铺层方案并进行仿真 分析。对比仿真结果，表明改进铺层方案的叶片结构性能优于原有铺层方案，验证 所得结论的正确性。 关键词：结构铺层优化；遗传算法；数学模型；风力机叶片 I 内蒙古工业大学硕士学位论文 Abstract The main role of wind turbine blade, an important of wind turbine, is to realize the implementation of capturing wind energy. The pros and cons of blade performance is mainly decided by two aspects of appearance and layer structure. Different layer structure established on different layer thickness, angle and order have different structure performance. Therefore, paper took ply structure design for the research direction to operate the composite wind turbine blade structure performance optimization. This paper expounded the present situation of composite fiber wind turbine blade l