一种风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法，包括以下步骤：(1)构建叶片气动几何外形；(2)编制主梁几何参数化建模程序；(3)编制叶片有限元自动建模及分析程序；(4)运用多学科优化软件加载步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的叶片气动几何外形和程序，进行主梁结构优化分析；(5)根据步骤(4)的优化结果，在三维软件中创建叶片主梁几何模型。本发明专利技术在全域范围内搜索最优解使叶片主梁结构最优化，提高了叶片强度，避免了繁复的设计、校核过程，提高了研发效率。

An Optimum Design Method of Wind Turbine Blade Main Beam Position for Wind Turbine

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法
本专利技术涉及风机叶片结构设计领域，尤其涉及一种风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法。
技术介绍
风机叶片是一个大型复合材料结构，其主要承载结构为主梁。主梁是由梁冒和剪切腹板通过胶粘剂粘接而成，其结构呈“工”字形或箱形。在风机叶片结构中，主要承受挥舞方向和摆振方向的载荷，其中，挥舞方向为主要载荷，主要由主梁承受，具体表现为梁冒主要承受弯曲载荷，剪切腹板主要承受剪切载荷。因此，对主梁位置进行优化，研究一种叶片刚度最大化的设计方法具有重要意义。
技术实现思路
基于上述目的，本专利技术提供了一种风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法。为实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法，包括以下步骤：(1)构建叶片气动几何外形；(2)编制主梁几何参数化建模程序；(3)编制叶片有限元自动建模及分析程序；(4)运用多学科优化软件加载步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的叶片气动几何外形和程序，进行主梁结构优化分析；(5)根据步骤(4)的优化结果，在三维软件中创建叶片主梁几何模型。其中，在步骤(1)中，所述的叶片气动几何外形在三维建模软件中构造，或者在有限元软件中读取叶片翼型参数文件构建。其中，在步骤(2)中，所述主梁几何参数化建模程序为以剪切腹板位置作为参数，运用二次开发手段编制的主梁自动化建模程序。其中，所述剪切腹板位置参数包括：起点位置、终点位置、起点弦向位置、终点弦向位置、起点位置轴向转角、终点位置轴向转角、腹板间距。其中，在步骤(3)中，所述叶片有限元自动建模及分析程序包含了叶片几何处理、网格划分、材料定义、单元类型定义、单元属性定义、边界条件定义、多载荷步设置、求解器参数设置、输出参数设置。其中，多学科优化方法是包含了综合数值仿真技术、优化技术、统计技术、计算机技术实现产品性能和品质改进的方法。其中，优化过程包括优化参数设置、试验设计、试验设计曲面拟合、拟合曲面评价、结构优化及结果校核。其中，所述优化参数设置的设计变量为叶片剪切腹板位置参数，优化响应为叶尖位移、挥舞方向第一阶模态特征值、摆振方向第一阶模态特征值。其中，所述的结构优化优化的设计目标为最小叶尖位移、挥舞方向第一阶模态特征值、摆振方向第一阶模态特征值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为，全域范围内搜索最优解使叶片主梁结构最优化，提高了叶片强度，避免了繁复的设计、校核过程，提高了研发效率。附图说明图1所示为本申请的方法步骤示意图；图2所示为本申请叶片气动外形示意图；图3所示为本申请叶片主梁位置参数变量示意图；图4所示为本申请叶片主梁试验设计计算结果数据示意图；图5所示为本申请曲面拟合置信度评价；图6所示为本申请叶片主梁位置优化结果示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如图1所示为，本实施例提供的风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法，包括如下步骤：参数化建模、多学科优化、几何建模。第一、参数化建模，采用三维建模软件或有限元软件读取叶片气动参数文件构建叶片气动几何外形，如图2所示；以剪切腹板位置为参数，在三维建模软件或者有限元软件中，运用二次开发手段编制主梁构建程序。所述的剪切腹板位置参数包括：叶片起点位置、终点位置、起点弦向位置、终点弦向位置、起点位置轴向转角、终点位置轴向转角、腹板间距。所述的主梁构建程序建模过程为：先创建剪切腹板，再将剪切腹板和叶片壳体曲面的相交形成一条曲线，最后将曲线向剪切腹板两侧平行偏置构建梁冒。其中，在有限元软件中运用二次开发手段编制叶片有限元建模程序，程序包括叶片几何处理、网格划分、材料定义、单元类型定义、单元属性定义、边界条件定义、多载荷步设置、求解器参数设置、输出参数设置。第二、采用多学科优化软件加载所述叶片气动几何外形几何模型、主梁建模程序、叶片有限元程序，并设置设计变量和响应变量。所述的设计变量为剪切腹板位置参数，如图3所示，所述的响应变量为叶尖位移、挥舞方向第一阶模态特征值、摆振方向第一阶模态特征值，如图4所示。在多学科优化软件中进行曲面拟合试验设计和测试试验设计分析。在多学科优化软件中进行对优化响应关于参数变量的曲面拟合、曲面置信度评价，如图5所示。在多学科优化软件中，以最小叶尖位移、挥舞方向第一阶模态特征值、摆振方向第一阶模态特征值为设计目标，运用拟合曲面进行剪切腹板位置参数全域优化分析，如图6所示。在多学科优化软件中，对剪切腹板位置优化结果进行校核分析。第三、几何建模。根据优化的剪切腹板最优位置，采用三维建模软件，在叶片模型上创建主梁。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出的是，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建叶片气动几何外形；(2)编制主梁几何参数化建模程序；(3)编制叶片有限元自动建模及分析程序；(4)运用多学科优化软件加载步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的叶片气动几何外形和程序，进行主梁结构优化分析；(5)根据步骤(4)的优化结果，在三维软件中创建叶片主梁几何模型。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建叶片气动几何外形；(2)编制主梁几何参数化建模程序；(3)编制叶片有限元自动建模及分析程序；(4)运用多学科优化软件加载步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的叶片气动几何外形和程序，进行主梁结构优化分析；(5)根据步骤(4)的优化结果，在三维软件中创建叶片主梁几何模型。2.如权利要求1所述的风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的叶片气动几何外形在三维建模软件中构造，或者在有限元软件中读取叶片翼型参数文件构建。3.如权利要求1所述的风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述主梁几何参数化建模程序为以剪切腹板位置作为参数，运用二次开发手段编制的主梁自动化建模程序。4.如权利要求3所述的风力发电机组风轮叶片主梁位置优化设计方法，其特征在于，所述剪切腹板位置参数包括：起点位置、终点位置、起点弦向位置、终点弦向位置、起点位置轴向转角、终点位置轴向转角、腹板间距。5.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶克东，袁巍华，黄司晨，赵福春，张立新，朱英伟，
申请(专利权)人：中科国风科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12