气动载荷作用下复合材料风力机叶片结构优化设计.pdfVIP

学兔兔 第 50卷第9期 机 械 工 程 学 报 VO1．50 NO．9 2014年 5 月 JOURNALOFMECHANICALENGINEERING Md『V 2014 DoI：10．3901／JM E．2014．09．114 气动载荷作用下复合材料风力机 叶片结构优化设计木 汪 泉 陈 进2 王 君 游 颖 孙金风 邬述晖 f1．湖北工业大学机械工程学院 武汉 430068； 2．重庆大学机械工程学院 重庆 400030) 摘要：针对复杂构形的复合材料风力机叶片内部结构，采用新设计的2MW 风力机叶片，基于等代设计法对其进行复合材料 初始铺层设计；建立完整的叶片有限元参数化模型；基于修正的动量叶素理论，提出一种适用于叶片结构设计与优化的新的 流固耦合方法；建立叶片优化数学模型，以叶片质量最小为优化 目标，以层合板厚度、主梁位置等作为优化设计变量，采用 粒子群算法与有限元法结合的策略对复合材料风力机叶片进行优化设计。优化结果表明，相比初始叶片，优化后的叶片质量 有了较大的减少，而且以优化设计方案二(叶片主梁位置可变作为优化设计变量之一)的结果尤为明显。该研究对于风力机叶 片结构设计及优化具有重要的指导意义，使风力机翼型、叶片及结构参数化一体化设计成为可能。 关键词：风力机叶片；铺层设计；有限元；动量叶素理论；粒子群算法 中图分类号：TK83；TH12 StructuralOptimizationofCompositeW indTurbineBladeunder AerodynamicLoads WANGQuan CHENJin WANGJun YOUYing SUNJinfeng WUShuhui (1．SchoolofMechanicalEngineering，HubeiUniversityofTechnology,Wuhan430068； 2．CollegeofMechanicalEngineering，ChongqingUniversiyt,Chongqing400030) Abstract：thecompositeplywiththeinternalstructureofhtecomplexconfigurationforanew 2MW windutrbinebladeisdesigned initiallybasedonsuchgenerationdesignmethod．ThefiniteelementparametricmodelofrthebladeiSestablishedindetail．Basedon themodifiedbladeelementmomenmm (BEM、theory,anew fluid—strucutreinteractionmethodthatissuitableforthedesignand optimizationispresented．Themathematicaloptimalmodelisdevelopment．Intheoptimizationmodel，theobjectiveistheminimum blademassandthedesignvariablesarelaminathickness．beam thicknessandSOon．TheoptimalmethodforthecompositebladeiS combinedPSO algorithm withthefiniteelementmethod．Theresultsareshowedthat．comparedtotheinitialblade．themassofthe optimizedbladesiSreducedlargely,andespeciallyofrtheresultsofschemetwo(thelocatio