本发明专利技术公开了一种风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法，应用于风力机叶片优化设计领域。针对风力机叶片铺层设计中所存在的问题，本发明专利技术采用以风力机叶片的蒙皮的铺层角度为设计变量、连续性约束条件为设计约束，叶片最小柔顺度为目标函数，并结合复合纤维材料的应力失效准则，可对原有的风力机叶片蒙皮的铺层方案进行改进，最终形成针对风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法，以充分发挥风力机叶片铺层参数的可设计性潜力，能够满足叶片铺层结构设计的需要，具有重要的理论价值和应用前景。具有重要的理论价值和应用前景。具有重要的理论价值和应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法
[0001]本专利技术属于风力机叶片优化设计领域，特别涉及一种风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法。
技术介绍
[0002]风力机叶片作为捕获风能的关键部件，其运动状况和受力情况都异常复杂，承受着大部分的动态和静态载荷；其动态响应、结构刚强度和稳定性对风力机组的可靠性起着非常重要的作用，而且必须具有长期在户外自然环境下使用的耐侯性与合理的经济性；因此，提出针对风力机叶片特有的优化方法对风力机叶片优化设计有重要的意义。
技术实现思路
[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法。
[0004]本专利技术采用的技术方案为：依据相关理论，以风力机叶片蒙皮的铺层角度为设计变量、连续性约束条件为设计约束，叶片最小柔顺度为目标函数，并结合复合纤维材料的应力失效准则，对原有的风力机叶片铺层方案进行改进，最终形成针对风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法。
[0005]进一步地，具体包括以下步骤：
[0006]S1、依据有限单元法、拓扑优化理论、离散多相材料优化理论，针对风力机叶片特有的结构、参数、受力载荷和制造约束，将风力机叶片的蒙皮划分为若干个区域，将铺层角度映射在这些区域上，以风力机叶片蒙皮的铺层角度为设计变量、连续性约束条件为设计约束，叶片最小柔顺度为目标函数，并结合复合纤维材料的应力失效准则，构建风力机叶片蒙皮的铺层参数优化数学模型；
[0007]S2、利用计算机仿真软件构建的风力机叶片的仿真模型，再对模型进行有限元计算，获取风力机叶片的位移响应；
[0008]S3、计算优化模型的目标函数对设计变量的灵敏度，并对优化模型采用数学规划算法进行优化求解，得到优化后的铺层角度；
[0009]S4、根据权重判别准则对风力机叶片的铺层各区域的铺层角度进行收敛性判断，再依据整体收敛率，判定整体结果的收敛性；
[0010]S5、结合工程实际和制造要求，对优化后的铺层方案进行局部调整，使铺层方案便于工作人员对纤维材料进行生产和手工铺放。
[0011]进一步地，步骤S1所述的风力机叶片蒙皮的铺层参数优化数学模型表达式为：
[0012]Find：A＝{α
(ψ，ζ，λ)
}ψ∈N，ζ∈M，λ∈L
[0013]Min：C＝U
T
K(D
ψ，λ
(α
(ψ，ζ，λ)
))U
[0014]S.T.：0≤α
min
≤α
(ψ，ζ，λ)
≤1
[0015][0016]其中，A为设计变量矩阵；α
(ψ，ζ，λ)
为设计变量，代表风力机叶片第λ层第ψ个区域备
选的第ζ种材料的材料系数；N为蒙皮划分后的区域总数；M为备选的材料数；L为总铺层数；C为叶片整体的柔顺度；U为叶片整体的位移向量；F为叶片所受的载荷向量；K为叶片的总刚度矩阵；D
ψ，λ
代表第λ层第ψ个区域的弹性矩阵(是设计变量的函数)；α
min
为设计变量的下限值；lay为任意区域同一材料连续铺层的层数；CL为最大连续层数。
[0017]进一步地，步骤S1所述的复合纤维材料的应力失效准则采用Tsai-Wu失效准则；步骤S2所述风力机叶片的仿真模型经过有限元方法分析计算；步骤S3所述数学规划算法采用序列二次规划算法进行优化求解。
[0018]进一步地，步骤S4所述的权重判别准则表达式为：
[0019][0020]步骤S4所述的整体收敛率表达式为：
[0021][0022]进一步地，所述步骤S5具体为：结合工程实际和制造要求，对优化后的铺层方案进行局部调整，使铺层方案便于工作人员对纤维材料进行生产和手工铺放。
[0023]本专利技术的有益效果：本专利技术为风力机叶片的设计与优化提供了新的思路和方法，提出了一种风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法。风力机叶片的蒙皮属于非回转体、非等厚度的壳结构，且叶片承受着复杂的动态载荷，现有的风力机叶片优化设计方法无法满足叶片高性能、轻量化的设计要求。本专利技术致力于探索叶片蒙皮的铺层参数的高效优化方法，以充分发挥复合纤维铺放参数的可设计性潜力，能够满足叶片铺层结构设计的需要，具有重要的理论价值和应用前景。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的方案流程图；
[0025]图2为本专利技术实施例的风力机叶片的蒙皮区域划分图；
[0026]图3为本专利技术实施例的优化后的部分区域铺层结果示意图。
具体实施方式
[0027]为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。
[0028]本专利技术依据相关理论，以风力机叶片的蒙皮的铺层角度为设计变量、连续性约束条件为设计约束，叶片最小柔顺度为目标函数，并结合复合纤维材料的应力失效准则，对原有的风力机叶片铺层方案进行改进，最终形成针对风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法。
[0029]如图1所示为本申请的方案流程图，本申请的技术方案为：一种风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法，具体包括以下步骤：
[0030]S1、依据有限单元法、拓扑优化理论、离散多相材料优化理论，针对风力机叶片特有的结构、参数、受力载荷和制造约束，将风力机叶片的蒙皮划分为如图2所示的若干个区域，将铺层角度映射在这些区域上，以叶片的蒙皮的铺层角度为设计变量、连续性约束条件为设计约束，叶片最小柔顺度为目标函数，并结合复合纤维材料的应力失效准则，构建风力
机叶片蒙皮的铺层参数优化数学模型；
[0031]S2、利用计算机仿真软件中构建的风力机叶片的仿真模型，将优化模型中的材料属性赋予到仿真模型中，再对模型进行有限元计算，获取风力机叶片的位移响应；
[0032]S3、计算优化模型的目标函数对设计变量的灵敏度，并对优化模型采用数学规划算法进行优化求解，得到优化后的铺层角度；
[0033]S4、根据权重判别准则对风力机叶片的铺层各区域的铺层角度进行收敛性判断，再依据整体收敛判别标准，判定整体结果的收敛性；
[0034]S5、结合工程实际和制造要求，对优化后的铺层方案进行局部调整，使铺层方案便于工作人员对纤维材料进行生产和手工铺放。
[0035]进一步地，步骤S1所述的风力机叶片蒙皮的铺层参数优化数学模型表达式为：
[0036]Find：A＝{α
(ψ，ζ，λ)
}ψ∈N，ζ∈M，λ∈L
[0037]Min：C＝U
T
K(D
ψ，λ
(α
(ψ，ζ，λ)
))U
[0038]S.T.：0≤α
min
≤α
(ψ，ζ，λ)
≤1
[0039][0040]其中，A为设计变量矩阵；α
(ψ，ζ，λ)
为设计变量，代表风力机叶片第λ层第ψ个区域备选的第ζ种材料的材料系数；N为蒙皮划分后的区域总数；M为备选本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法，其特征在于，以风力机叶片蒙皮的铺层角度为设计变量、连续性约束条件为设计约束，叶片最小柔顺度为目标函数，并结合复合纤维材料的应力失效准则，对原有的风力机叶片铺层方案进行改进，最终形成针对风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法。2.根据权利要求1所述的一种风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、依据有限单元法、拓扑优化理论、离散多相材料优化理论，针对风力机叶片特有的结构、参数、受力载荷和制造约束，将风力机叶片的蒙皮划分为若干个区域，将铺层角度映射在这些区域上，以风力机叶片蒙皮的铺层角度为设计变量、连续性约束条件为设计约束，叶片最小柔顺度为目标函数，并结合复合纤维材料的应力失效准则，构建风力机叶片蒙皮的铺层参数优化数学模型；S2、利用计算机仿真软件构建的风力机叶片的仿真模型，再对模型进行有限元计算，获取风力机叶片的位移响应；S3、计算优化模型的目标函数对设计变量的灵敏度，并对优化模型采用数学规划算法进行优化求解，得到优化后的铺层角度；S4、根据权重判别准则对风力机叶片的铺层各区域的铺层角度进行收敛性判断，再依据整体收敛率，判定整体结果的收敛性；S5、结合工程实际和制造要求，对优化后的铺层方案进行局部调整，使铺层方案便于工作人员对纤维材料进行生产和手工铺放。3.根据权利要求1所述的一种风力机叶片蒙皮的铺层参数优化方法，其特征在于，步骤S1所述的风力机叶片蒙皮的铺层参数优化数学模型表达式为：Find：A＝{α
(ψ，ζ，λ)
}ψ∈N，ζ∈M，λ∈LMi...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏文，董新洪，吴鹏辉，郭文强，荣强，张亚倩，赵清鑫，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：
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