【技术实现步骤摘要】
一种玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法
本专利技术涉及低风速风电叶片结构设计优化
，特别是指一种玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法。
技术介绍
为了提高风轮风能的吸纳能力，降低发电成本，需要设计风轮叶片长度、重量和极限载荷较常规风轮叶片有明显的增加的低风速风力机组。对低风速风轮叶片，为了增加叶片的柔韧性，降低风轮叶片的载荷和重量，提高风电机组的发电成本，探索采用玻璃纤维材料和碳纤维材料混杂风电叶片优化设计具有非常重要的意义。目前，风力机叶片主要是由玻璃纤维增强环氧树脂制备而成，其目的是在保证叶片强度和刚度的前提下，减轻叶片的质量和载荷。周红丽对风电叶片复合材料进行了综述研究，发现碳纤维复合材料风电叶片是提高风力发电机组单机容量大型化的有效途径。NREL实验室针对未来海上10MW风电机组，设计了玻碳混合铺层叶片概念设计模型。MehdiKalantari等采用改进的遗传算法(NSGA-II)使玻碳纤维复合材料在规定的最小抗弯强度约束下，材料密度和成本最小。张娜等针对多风沙环境下的固体粒子对叶片冲蚀磨损研究，发现...
【技术保护点】
1.一种玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法，其特征在于，其步骤如下：/nS1、利用叶片典型截面建立铺层结构设计模型，并在铺层结构设计模型上分别建立梁帽区域和尾缘加强区域的铺层厚度模型；/nS2、采用粒子群算法对梁帽区域和尾缘加强区域的铺层厚度模型进行优化，得到梁帽区域和尾缘加强区域的厚度，进而得到最优的叶片铺层结构。/n
【技术特征摘要】
1.一种玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法，其特征在于，其步骤如下：
S1、利用叶片典型截面建立铺层结构设计模型，并在铺层结构设计模型上分别建立梁帽区域和尾缘加强区域的铺层厚度模型；
S2、采用粒子群算法对梁帽区域和尾缘加强区域的铺层厚度模型进行优化，得到梁帽区域和尾缘加强区域的厚度，进而得到最优的叶片铺层结构。
2.根据权利要求1所述的玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法，其特征在于，所述铺层结构设计模型中叶片的上翼的铺层结构与下翼的铺层结构相同，沿叶片周向将铺层分为前缘加强区域、前缘面板区域、梁帽区域、尾缘面板区域、尾缘加强区域和尾缘区域；且上翼面和下翼面之间设有腹板，其中，腹板设有两块。
3.根据权利要求2所述的玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法，其特征在于，所述前缘加强区域、梁帽区域和尾缘加强区域的铺层结构相同，从外至内依次为玻璃纤维双轴布、玻璃纤维三轴布、翼面泡沫、碳纤维单轴布、玻璃纤维双轴布；所述前缘面板区域和尾缘面板区域的铺层结构相同，从外至内依次为玻璃纤维双轴布、玻璃纤维三轴布、翼面泡沫、玻璃纤维双轴布；所述尾缘区域的铺层结构从外至内依次为玻璃纤维双轴布、玻璃纤维三轴布、玻璃纤维双轴布；所述腹板的铺层结构从外至内依次为玻璃纤维双轴布、腹板泡沫、玻璃纤维双轴布。
4.根据权利要求3所述的玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法，其特征在于，所述梁帽区域和尾缘加强区域的铺层厚度模型为：叶片的任一截面处，梁帽区域和尾缘加强区域的碳纤维单轴布的厚度值分别为玻璃纤维单轴布的厚度值的k1和k2倍。
5.根据权利要求1或4所述的玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法，其特征在于，所述采用粒子群算法对梁帽区域和尾缘加强区域的铺层厚度模型进行优化的方法为：
S21、将叶片的总质量作为目标函数，将叶片的结构强度、叶尖变形量及自振频率作为约束条件；
S22、初始化种群大小N、粒子维数M、迭代次数k，最大迭代次数tmax，初始化粒子的位置x0和速度v0，利用粒子的初始位置x0初始化群体最优适应值gbest和各粒子最优适应值pbest；
S23、更新粒子的位置x和速度v，生成叶片铺层结构参数k1和k2；
S24、调用基于ANSYSAPDL的叶片参数化有限元建模及性能分析软件，计算叶片总质量，在极限载荷下计算叶片最大应力、叶尖最大变形量及自振频率，计算目标向量；
S25、更新粒子的个体最优适应值pi和群体最优适应...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭小锋，齐剑峰，施兰枚，黄鑫祥，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41
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