风力机叶片约束层阻尼敷设方案优化方法、装置及设备制造方法及图纸

一种风力机叶片约束层阻尼敷设方案优化方法、装置及设备，涉及风力发电技术领域，解决的技术问题为“如何实现风力机叶片更好的抑颤效果”，方法包括如下步骤：获取可敷设约束层阻尼设计变量；采用遗传算法对所述设计变量进行优化；基于优化后的设计变量，建立约束层阻尼敷设后的风力机叶片的有限元模型；根据所述有限元模型，对所述约束层阻尼敷设后的风力机叶片进行模态分析；判断模态分析结果是否满足优化结束条件，若满足则结束优化，否则重复上述步骤。该方法采用遗传算法，可以有效抑制随机风载下风力机叶片的挥舞和摆振振动，具有较好的应用前景，适用于风力机叶片约束层阻尼敷设场景。场景。场景。

【技术实现步骤摘要】
风力机叶片约束层阻尼敷设方案优化方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及风力发电


技术介绍

[0002]随着全球能源危机愈演愈烈，开发“绿色能源”也变得尤为重要。风能具有清洁可再生、全球资源丰富、分布广泛等优点，被视为是实现碳中和的主要路径之一。风力发电作为未来落实双碳目标的主力，如今的发展程度是远远不足的，需要进一步加快技术创新。随着风力发电的发展，风力机叶片的形状由原来的相对短粗逐渐朝着大型化、细长化发展，部分大型风力机的叶片已经达到百米，虽然细长的风力机叶片风能捕获量更高，但是存在长度大、翼型薄、弦长小、柔性大的特点，在风场气动力、弹性力和惯性力的相互作用下，很容易出现气弹稳定性的问题，即叶片各模态间发生振动耦合，出现叶片颤振的现象。叶片振动现象已经成为实现大型柔性叶片高效、低载、轻量化设计的关键技术瓶颈。叶片振动可能会造成叶片损坏，影响风力机功率输出，危害风力机机组的正常运行。
[0003]针对叶片振动，现有的被动阻尼结构振动抑制方法主要有：专利文献CN103321853B公开了一种利用复合阻尼结构的风力机叶片抑颤方法，该方法在叶片表面设共固化约束阻尼层，在主梁外表面设自由阻尼层，通过提高叶片结构阻尼来实现叶片振动抑制的目的，但是该方法是基于解析模型进行的求解，精度较差；专利文献CN106739003B公开了一种共固化阻尼穿孔型抑颤结构的风力机叶片及其制作方法，通过在矩形阻尼层上开设穿孔阵列，并通过合理设置矩形阻尼层的面积占比，实现了在较少牺牲叶片刚度的前提下，较好地提升叶片的运行鲁棒性，但是该方法需要改变叶片本身结构；专利文献CN105257485A公开了一种利用颗粒阻尼减振的风力机叶片，通过在主梁内侧面沿叶片展项等间距布置多个减振腔室，利用颗粒体的摩擦碰撞消耗振动能量，从而达到减振的目的，但该方法只是利用了颗粒阻尼的减振特性，而并未对其敷设方案进行设计。综上所述，现有抑颤技术大多是利用阻尼结构本身固有特性来实现叶片的振动抑制，这样虽然可以实现抑颤，但是振动抑制效果没有达到最优。
[0004]在解决风力机叶片约束层阻尼敷设方案优化设计问题时，约束层阻尼结构敷设后会对叶片本身结构造成影响，而叶片本身结构较复杂，约束层阻尼敷设方案与振动抑制效果的关系以及解析形式的优化目标函数难以确定，这会为提供一种敷设方案设计的优化方法造成较大的障碍，所以现有技术中很少有通过优化方法来设计阻尼层的敷设方案以达到最优振动抑制效果的相关研究。
[0005]因此，如何在约束层阻尼敷设方案与振动抑制效果的关系以及解析形式的优化目标函数难以确定的情况下，提供一种风力机叶片阻尼敷设方案优化方法，以实现更好的抑颤效果，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种风力机叶片约束层阻尼
敷设方案优化方法、装置及设备，该方法采用遗传算法，在约束层阻尼敷设方案与振动抑制效果的关系以及解析形式的优化目标函数难以确定的情况下，实现了对约束层阻尼敷设方案的优化，得到的敷设方案可以有效抑制随机风载下风力机叶片的挥舞和摆振振动，具有较好的应用前景。
[0007]一种风力机叶片约束层阻尼敷设方案优化方法，包括：
[0008]S1、获取可敷设约束层阻尼设计变量；
[0009]S2、采用遗传算法对所述设计变量进行优化；
[0010]S3、基于优化后的设计变量，建立约束层阻尼敷设后的风力机叶片的有限元模型；
[0011]S4、根据所述有限元模型，对所述约束层阻尼敷设后的风力机叶片进行模态分析；
[0012]S5、判断模态分析结果是否满足优化结束条件，若满足则结束优化，否则重复步骤S2
‑
S4。
[0013]进一步地，采用遗传算法对所述设计变量进行优化时，采用风力机叶片的结构损耗因子进行种群选择。
[0014]进一步地，采用遗传算法对所述设计变量进行优化，包括：
[0015]获取种群交叉概率和种群变异概率，根据设计变量得到初始种群；
[0016]重复如下步骤，直至新种群规模等于初始种群规模：从种群中选择部分个体，根据所述结构损耗因子η1得到个体适应度函数，选择适应度函数值最高的个体进入新种群，得到选择后的种群；
[0017]基于所述种群交叉概率和种群变异概率，对所述选择后的种群进行基因交叉和变异，得到优化后的设计变量。
[0018]进一步地，所述结构损耗因子通过如下公式计算：
[0019][0020]其中，η
k
表示第k阶模态的结构损耗因子，{x
k
}
i
,i＝1,2,3分别为基层、阻尼层、约束层的第k阶模态位移矢量，[K]i
,i＝1,2,3分别为基层、阻尼层、约束层的刚度矩阵，β2为阻尼层的材料损耗因子。
[0021]进一步地，对所述选择后的种群进行基因交叉和变异之后，还包括：计算个体适应度并与预设的结束条件进行比较，若满足条件则得到优化后的设计变量，否则重新采用遗传算法对所述设计变量进行优化。
[0022]进一步地，步骤S1
‑
S2以及步骤S5在数值分析软件中实现，步骤S3
‑
S4在有限元分析软件中实现。
[0023]进一步地，基于优化后的设计变量，建立约束层阻尼敷设后的风力机叶片的有限元模型，包括：
[0024]确定有限元模型中叶片各展向位置对应弦长和扭角的离散点三维坐标；
[0025]根据所述三维坐标，在所述有限元分析软件中建立关键点；
[0026]根据所述关键点，生成叶片腹板面信息和叶片表面信息，得到风力机叶片的有限元模型。
[0027]进一步地，所述优化结束条件包括：
[0028]模态损耗因子经过预设次数的优化后，仍保持稳定；
[0029]优化次数达到预先设定的最大优化次数。
[0030]判断原则为：满足上述两个条件中的任一个时，结束优化。
[0031]一种风力机叶片约束层阻尼敷设方案优化装置，包括：
[0032]获取模块，用于获取可敷设约束层阻尼设计变量；
[0033]优化模块，用于采用遗传算法对所述设计变量进行优化；
[0034]模型建立模块，用于基于优化后的设计变量，建立约束层阻尼敷设后的风力机叶片的有限元模型；
[0035]模态分析模块，用于根据所述有限元模型，对所述约束层阻尼敷设后的风力机叶片进行模态分析；
[0036]判定模块，用于判断模态分析结果是否满足优化结束条件，若满足则结束优化，否则重复执行所述优化模块、模型建立模块以及模态分析模块。
[0037]一种电子设备，包括处理器和存储装置，所述存储装置中存有多条指令，所述处理器用于读取所述存储装置中的多条指令并执行上述方法。
[0038]本专利技术提供的风力机叶片约束层阻尼敷设方案优化方法、装置及设备，至少包括如下
[0039]有益效果：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力机叶片约束层阻尼敷设方案优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取可敷设约束层阻尼设计变量；S2、采用遗传算法对所述设计变量进行优化；S3、基于优化后的设计变量，建立约束层阻尼敷设后的风力机叶片的有限元模型；S4、根据所述有限元模型，对所述约束层阻尼敷设后的风力机叶片进行模态分析；S5、判断模态分析结果是否满足优化结束条件，若满足则结束优化，否则重复步骤S2
‑
S4。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用遗传算法对所述设计变量进行优化时，采用风力机叶片的结构损耗因子进行种群选择。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用遗传算法对所述设计变量进行优化，包括：获取种群交叉概率和种群变异概率，根据设计变量得到初始种群；重复如下步骤，直至新种群规模等于初始种群规模：从种群中选择部分个体，根据所述结构损耗因子得到个体适应度函数，选择适应度函数值最高的个体进入新种群，得到选择后的种群；基于所述种群交叉概率和种群变异概率，对所述选择后的种群进行基因交叉和变异，得到优化后的设计变量。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述结构损耗因子通过如下公式计算：其中，η
k
表示第k阶模态的结构损耗因子，{x
k
}
i
,i＝1,2,3分别为基层、阻尼层、约束层的第k阶模态位移矢量，[K]
i
,i＝1,2,3分别为基层、阻尼层、约束层的刚度矩阵，β2为阻尼层的材料损耗因子。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述选择后的种群进行基因交叉和变异之后，还包括：计算个体适应度并与预设的结束条...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕跃勇，秦文宇，王腾飞，邹双全，韩博文，马广富，郭延宁，曹登庆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：