基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20220728.003

复合材料科学与工程 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (7): 20-24.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220728.003

基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计

赵雄翔¹, 孙鹏文^2*, 李建东³

1.内蒙古自治区能源技术中心,呼和浩特010010;
2.内蒙古工业大学机械工程学院,呼和浩特010051;
3.内蒙古第一机械集团股份有限公司第四分公司,包头014030

收稿日期:2022-04-08 出版日期:2022-07-28 发布日期:2022-08-23
通讯作者: 孙鹏文(1966-),男,博士,教授,主要从事结构设计与优化方面的研究,pwsun@imut.edu.cn。
作者简介:赵雄翔(1990-),男,工程师,主要研究方向为能源领域先进装备、技术、工艺等的推广应用。
基金资助:
内蒙古自然科学基金(2020MS05022)

Optimization design of ply structure of wind turbine blade based on strain energy

ZHAO Xiong-xiang¹, SUN Peng-wen^2*, LI Jian-dong³

1. Energy Technology Center of Inner Mongolia, Hohhot 010010, China;
2. School of Mechanical Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China;
3. The Fourth Branch, Inner Mongolia First Machinery Group Co., Ltd., Baotou 014030, China

Received:2022-04-08 Online:2022-07-28 Published:2022-08-23

摘要/Abstract

摘要： 叶片性能直接关系到风电机组的服役寿命,铺层参数是决定叶片性能的关键因素之一。结构的刚度可由应变能的大小来反映,论文推导了复合材料壳体结构的应变能表达式。从工程角度出发,以某1.5 MW叶片为对象,采用分级优化策略,考虑叶片强度和质量特性,以结构应变能最小为目标函数,建立了叶片铺层参数的优化数学模型,通过求解得到了优化的铺层角度、整体铺层厚度分布和铺层顺序。结果表明:优化后叶片的质量降低,静态刚强度提高,验证了方法的有效性。

关键词: 铺层参数, 应变能, 优化设计, 数学模型, 风力机叶片, 复合材料

Abstract: The blade performance is directly related to the service life of wind turbine, and the ply parameters are one of the key factors to determine the blade performance. The stiffness of the structure can be reflected by the magnitude of strain energy. The expression of strain energy of composite shell structure is deduced in this paper. From the view of engineering point, taking a 1.5 MW blade as the object and the minimum structural strain energy as the objective function, adopting the hierarchical optimization strategy, considering the strength and quality characteristics of the blade, the optimization mathematical model of ply parameters is established. The optimized ply angle, ply thickness distribution and ply stacking sequence are obtained by solving. The results show that the quality of the optimized blade is reduced, while the static stiffness and strength are improved. The effectiveness of the method is verified.

Key words: ply parameters, strain energy, optimization design, mathematical models, wind turbine blade, composites

中图分类号:

TB332

赵雄翔, 孙鹏文, 李建东. 基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 20-24.

ZHAO Xiong-xiang, SUN Peng-wen, LI Jian-dong. Optimization design of ply structure of wind turbine blade based on strain energy[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2022, 0(7): 20-24.

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基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计

Optimization design of ply structure of wind turbine blade based on strain energy

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