简析可靠性兆瓦级风力机叶片初步设计中多学科优化设计策略

论文导读：
摘要：叶片是风力机的核心部件,随着风力机向大型化进展,兆瓦级风力机叶片对可靠性和质量都提出了更高的要求,传统的叶片设计策略往往将气动设计和结构设计分离开来,在设计时注重保证风能效率的最大化,使得叶片质量较大,以而导致了较高的风能成本。另一方面,随着新型材料以及新型制造工艺的进展,传统的安全系数法的可能过于保守或者不安全。基于多学科可靠性优化设计策略,本论文提出综合考虑气动性能与结构强度,在保证可靠性的同时降低风能成本。本论文的主要工作和成果如下：(1)基于气动性能的叶片气动外形优化设计,首先设计叶片的基本参数,包括尖速比、翼型等,并计算获得翼型的气动数据,然后利用叶素动量论述,对弦长和扭角进行优化设计,初始叶片额定功率达2.65MW。(2)基于结构强度的风力机叶片优化设计,首先选择叶片结构形式和材料,然后基于安全系数法,建立优化设计模型,对0。玻璃钢铺层厚度进行优化设计。设计结果显示叶片厚度和质量分布符合实际情况且挠度比较小。(3)基于一次二阶矩法,建立了叶片弯曲应力可靠性计算策略,探讨了材料性能对可靠性的影响程度,结果发现材料强度的变异系数对可靠性影响最大。在此基础上建立叶片可靠性优化设计模型,再次对初始叶片的0。玻璃钢铺层厚度进行优化设计,设计结果与基于安全系数法的设计结果吻合。(4)基于XFOIL翼型气动浅析软件和BEM论述,建立了由翼型相对厚度计算获得额定功率的数学模型,为多学科可靠性优化设计模型做了准备。(5)探讨了叶片气动性能和叶片质量的耦合联系,叶片内圈的额定功率随翼型相对厚度先增加后减小,当25%翼展处的翼型相对厚度为0.246时额定功率最大,叶片质量则随翼型相对厚度增大而减小。(6)分别以风能效率最大化、风能效率成本最小和叶片质量最小为设计目标,建立了基于多学科可靠性优化设计模型,对叶片翼型相对厚度和0。玻璃钢铺层厚度进行优化设计,优化结果表明适当牺牲叶片风能效率,可大幅减轻叶片的质量,以而降低风能成本。关键词：风力机叶片论文可靠性论文气动外形设计论文结构设计论文多学科可靠性优化设计策略论文
本论文由www.7ctime.com,需要论文可以联系人员哦。摘要5-6
ABSTRACT6-8
目录8-10
第1章 绪论10-20

1.1 探讨背景10-11

1.2 风力机叶片设计探讨近况11-15

1.2.1 风力机叶片翼型探讨近况11

1.2.2 风力机气动设计论述探讨近况11-13

1.2.3 风力机结构设计论述探讨近况13-14

1.2.4 气动结构耦合设计探讨近况14-15

1.3 风力机叶片可靠性探讨近况15-16

1.4 多学科优化设计策略探讨近况16-17

1.5 主要探讨内容17-20

第2章 基于气动性能的风力机叶片优化设计20-35

2.1 叶素动量论述20-24

2.

1.1 动量论述20-21

2.

1.2 叶素论述21-22

2.

1.3 叶素-动量论述22-23

2.

1.4 叶尖损失23

2.

1.5 Glauert修正23-24

2.2 叶片气动外形优化设计24-28

2.1 风轮基本参数选定24-25

2.2 翼型选择及气动数据计算25-27

2.3 弦长与扭角优化设计27-28

2.3 兆瓦级风力机叶片气动外形设计实例浅析28-34

2.3.1 兆瓦级风力机叶片设计基本参数28

2.3.2 兆瓦级风力机叶片的翼型选择及气动数据28-30

2.3.3 兆瓦级风力机叶片气动外形优化设计结果浅析30-34

2.4 本章小结34-35

第3章 基于结构强度的风力机叶片优化设计35-49

3.1 复合材料梁设计论述35-36

3.2 叶片结构优化设计36-39

3.

2.1 叶片结构形式以及材料选择36-37

3.

2.2 弯曲应力计算策略37-38

3.

2.3 叶片结构优化设计建模38-39

3.3 兆瓦级风力机叶片结构优化设计实例浅析39-48

3.1 兆瓦级风力机叶片结构形式及材料选择39-41

3.2 兆瓦级风力机叶片箱型梁结构弯曲应力计算41-45

3.3 兆瓦级风力机叶片箱型梁结构优化设计模型45-46

3.4 兆瓦级风力机叶片结构优化设计结果浅析46-48

3.4 本章小结48-49

第4章 兆瓦论文导读：略51-544.2兆瓦级风力机叶片可靠性计算建模54-574.3兆瓦级风力机叶片可靠性影响因素浅析57-604.4兆瓦级风力机叶片可靠性优化设计结果浅析60-614.5本章小结61-62第5章兆瓦级风力机叶片多学科可靠性优化设计62-785.1兆瓦级风力机叶片的多学科优化设计不足62-635.2兆瓦级风力机叶片气动性能浅析建模63-665.

2.1翼型参数

级风力机叶片的结构可靠性优化设计49-62

4.1 叶片可靠性优化设计策略49-54

4.

1.1 可靠性概念50-51

4.

1.2 可靠度计算策略51-54

4.2 兆瓦级风力机叶片可靠性计算建模54-57

4.3 兆瓦级风力机叶片可靠性影响因素浅析57-60

4.4 兆瓦级风力机叶片可靠性优化设计结果浅析60-61

4.5 本章小结61-62

第5章 兆瓦级风力机叶片多学科可靠性优化设计62-78

5.1 兆瓦级风力机叶片的多学科优化设计不足62-63

5.2 兆瓦级风力机叶片气动性能浅析建模63-66

5.

2.1 翼型参数化64-65

5.

2.2 翼型气动数据计算65

5.

2.3 额定功率计算65-66

5.3 兆瓦级风力机叶片多学科可靠性优化设计66-77
5.

3.1 多学科可靠性优化设计模型67-68

5.

3.2 多学科可靠性优化设计模型分解68-70

5.

3.3 兆瓦级风力机叶片气动性能和质量耦合联系探讨70-72

5.

3.4 基于iSIGHT多学科可靠性优化设计模型求解72-73

5.

3.5 兆瓦级风力机叶片多学科可靠性优化设计结果浅析73-77

5.4 本章小结77-78
第6章 结论与展望78-80

6.1 结论78-79

6.2 展望79-80

参考文献80-85
致谢85-86
攻读学位期间参加的科研项目和成果86