基于有限元的风电机组轴承座结构优化设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于有限元的风电机组轴承座结构优化设计方法，包括如下步骤：S1、获取待优化设计的轴承座的三维几何模型、有限元模型及其仿真分析报告；S2、建立参考坐标系并以轴承座局部几何特征作为位移参考，并将所述节点保存并关联到一个控制参数下；S3、将控制参数与轴承座的有限元模型进行联动；S4、将调整过的轴承座的有限元模型进行网格化并输出新的模型；S5、将工艺参数和模型进行集成，采集多个样本点进行样本计算，获取相应的计算结果；S6、进行最佳可行域计算；S7、通过优化计算获得最优尺寸优化方案。克服目前轴承座优化设计技术的变形控制深度不够、变形误差大、变形后结构重构验证工作量、优化技术路线复杂低效的不足。足。足。

【技术实现步骤摘要】
基于有限元的风电机组轴承座结构优化设计方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，具体涉及一种基于有限元的风电机组轴承座结构优化设计方法。

技术介绍

[0002]现国内各主机厂对风电机组的研发沿着大容量、高转换效率的方向发展，用于安装、固定主轴承的轴承座也随之增大和增重，对其进行减重降本增效成为主机厂商亟待解决的问题。
[0003]要基于经验进行设计，迭代时间较长，产品设计周期不可控；现有的一些优化技术通过拓扑优化、变形优化可对简单结构的轴承座进行一定程度的优化。但针对一些具有复杂结构、装配要求的轴承座，也只能进行大致近似变形，难以准确、有效、深入的控制细节变形和优化设计，难以充分挖掘减重空间，并因大致变形引入大量误差而干扰优化算法的寻优。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的问题是提供一种基于有限元的风电机组轴承座结构优化设计方法，克服目前轴承座优化设计技术的变形控制深度不够、变形误差大、变形后结构重构验证工作量、优化技术路线复杂低效的不足。
[0005]本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：本专利技术提供一种基于有限元的风电机组轴承座结构优化设计方法，包括如下步骤：S1、获取待优化设计的轴承座的三维几何模型、有限元模型及其仿真分析报告；S2、根据步骤S1中的三维几何模型和有限元模型确认轴承座的可优化的结构特征和工艺参数范围，建立参考坐标系并以轴承座局部几何特征作为位移参考，选择要修改的结构特征的表面节点，移动所述表面节点将所述工艺参数调整为极限值，并将所述节点保存并关联到一个控制参数下；S3、将步骤S2中的控制参数与轴承座的有限元模型进行联动，通过修改控制参数来调整轴承座各结构特征的工艺参数；S4、将步骤S3中调整过的轴承座的有限元模型进行网格化并输出新的模型；S5、将步骤S2和S3中的工艺参数和模型进行集成，采集多个样本点进行样本计算，获取相应的计算结果；S6、提取步骤S5中的计算结果进行最佳可行域计算；S7、以步骤S2中的控制参数作为设计变量，并以步骤S6中获得的可行域边界作为上下限进行优化计算，并通过优化计算获得最优尺寸优化方案。
[0006]进一步，步骤S1中所述有限元模型的计算工况包括极限强度工况和疲劳累积损伤工况。
[0007]进一步，在步骤S2中：所述工艺参数范围包括倒角角度、薄壁结构厚度以及回转体
半径。
[0008]进一步，步骤S7中，优化计算包括：S71、以步骤S2中的控制参数作为设计变量，并以步骤S6中获得的可行域边界作为上下限；S72、以所选工况的最大应力设置为最大值进行约束；S73、将体积最小化作为优化目标；S74、以Hooke
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Jeeves算法进行数值寻优计算，获得最优尺寸优化方案。
[0009]进一步，在步骤S7之后还包括，S8、将步骤S7的优化方案模型输出，修改工况进行疲劳验证、调整、验证，直至满足即作为最终优化方案；S9、将最终优化方案进行几何重构，获得最终优化设计。
[0010]由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种基于有限元的风电机组轴承座结构优化设计方法，包括如下步骤：S1、获取待优化设计的轴承座的三维几何模型、有限元模型及其仿真分析报告；S2、建立参考坐标系并以轴承座局部几何特征作为位移参考，并将所述节点保存并关联到一个控制参数下；S3、将控制参数与轴承座的有限元模型进行联动；S4、将调整过的轴承座的有限元模型进行网格化并输出新的模型；S5、将工艺参数和模型进行集成，采集多个样本点进行样本计算，获取相应的计算结果；S6、进行最佳可行域计算；S7、通过优化计算获得最优尺寸优化方案。克服目前轴承座优化设计技术的变形控制深度不够、变形误差大、变形后结构重构验证工作量、优化技术路线复杂低效的不足。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0012]图1为本专利技术的流程示意图；图2为轴承座基础几何构型的对称剖面图；图3为轴承座基础构型的网格模型；图4为倒角角度参数的调整前后对比图；图5为回转体厚度一的厚度参数调整前后对比图；图6为厚度二的厚度参数调整前后对比图；图7为厚度三的厚度参数调整前后对比图；图8为厚度四的厚度参数调整前后对比图；图9为厚度五的厚度参数调整前后对比图；图10为优化结果示意图；附图标记：1
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厚度一；2
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厚度二；3
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厚度三；4
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厚度四；5
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厚度五；6
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倒角角度；11
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安装凸台；12
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安装凸台；13
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吊装孔；14
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齿轮箱安装部；15
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安装凸台；16
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前轴承座安装部；17
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后轴承座安装部。
具体实施方式
[0013]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0014]请参阅图1~10，本专利技术提供一种基于有限元的风电机组轴承座结构优化设计方法，包括如下步骤：S1、如图2所示，获取待优化设计的轴承座的三维几何模型、有限元模型及其仿真分析报告；其中有限元模型计算工况包括极限强度工况和疲劳累积损伤工况，并计算这些工况下的性能数据。
[0015]S2、根据步骤S1中的三维几何模型和有限元模型确认轴承座的可优化的结构特征和工艺参数范围，其中工艺参数范围包括：倒角角度、薄壁结构厚度、回转体半径，建立参考坐标系并以轴承座局部几何特征作为位移参考，选择要修改的结构特征的表面节点，移动所述表面节点将所述工艺参数调整为极限值，并将所述节点保存并关联到一个控制参数下；直接控制所有节点的移动来实现各处结构尺寸参照工艺特征的进行精确调整，而非采用控制体对包络区域的网格进行大致变形。基于有限元模型网格节点直接实现特征的准确调整，可有效的对所有类型结构特征进行准确控制，其中复杂特征包括薄壁、倒角、开孔、以及其它狭窄、不规则区域针对风电机组轴承座特征结构尺寸进行参数优化中，调整过程以直接控制节点的位移实现，并约束了其他特征、参照工艺要求进行，保证调整后仿真模型与实际加工结构的外形差异在误差允许范围以内。直接控制和约束所有节点的移动来实现结构尺寸调整；引入了坐标系、特征面的参考系来定义节点移动；引入了影响单元区域的方法来限定特征的局部调整；引入了位移约束的方法来在结构自动优化计算流程中保持外形的工艺特征不变。
[0016]具体的，根据步骤S1的轴承座基础模型仿真报告及其结构，确认可优化调整的结构特征及其工艺参数范围（如倒角角度、薄壁结构厚度、回转体半径）；参考坐标系、几本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有限元的风电机组轴承座结构优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、获取待优化设计的轴承座的三维几何模型、有限元模型及其仿真分析报告；S2、根据步骤S1中的三维几何模型和有限元模型确认轴承座的可优化的结构特征和工艺参数范围，建立参考坐标系并以轴承座局部几何特征作为位移参考，选择要修改的结构特征的表面节点，移动所述表面节点将所述工艺参数调整为极限值，并将所述节点保存并关联到一个控制参数下；S3、将步骤S2中的控制参数与轴承座的有限元模型进行联动，通过修改控制参数来调整轴承座各结构特征的工艺参数；S4、将步骤S3中调整过的轴承座的有限元模型进行网格化并输出新的模型；S5、将步骤S2和S3中的工艺参数和模型进行集成，采集多个样本点进行样本计算，获取相应的计算结果；S6、提取步骤S5中的计算结果进行最佳可行域计算；S7、以步骤S2中的控制参数作为设计变量，并以步骤S6中获得的可行域边界作为上下限进行优化计算，并通过优化计算获得最优尺寸优化方案。2.根据权利要求1所述的基于有限元的风电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩花丽，杨妍妮，胡浩，史帅，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团海装风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：