[发明专利]一种水平轴风力机叶片铺层的优化设计方法

权利要求书

1.一种极限载荷条件下叶片铺层的优化设计方法，其特征在于，所述优化设计方法包括如下步骤：

步骤S1、获得风力机叶片的初始铺层方案，对叶片的初始铺层进行参数化建模；

步骤S2、根据参数化建模后的叶片铺层，得到叶片展向各截面的铺层信息；

步骤S3、根据叶片展向各截面的铺层信息，采用经典层合板理论并假设周向应力为零，计算叶片的质量线密度分布和刚度分布；

步骤S4、根据叶片的质量线密度分布和刚度分布计算叶片的固有频率；

步骤S5、根据叶片各截面的极限载荷分布及叶片的结构特性参数求取叶片的最小极限安全因子以及最大叶尖偏移；所述结构特性参数包括叶片截面的挥舞刚度、摆振刚度、扭转刚度、抗拉刚度、质量线密度、质量中心和弹性中心；

步骤S6、判断叶片的固有频率、最小极限安全因子以及最大叶尖偏移是否满足约束条件，如果满足则沿叶片分段积分得到叶片的总质量；否则，直接令叶片质量为一很小的常数值，如-99999；

步骤S7、采用智能优化算法对叶片铺层进行优化，改变叶片的铺层，继续步骤S2至步骤S6，直至得到最优的叶片铺层方案。

2.根据权利要求1所述的极限载荷条件下叶片铺层的优化设计方法，其特征在于，步骤S3中，采用经典层合板理论并假设周向应力为零计算叶片各截面的刚度特性、质量线密度，得到叶片沿展向的质量线密度分布和刚度分布。

3.根据权利要求1所述的极限载荷条件下叶片铺层的优化设计方法，其特征在于，步骤S4中，将叶片简化成叶根固定在轮毂的悬臂梁，根据叶片截面的质量线密度和刚度值得到质量矩阵和刚度矩阵

M‾ij=∫0Lm·(x)ψi(x)ψj(x)dx,]]>

K‾ij=∫0LEIF(x)ψi′′(x)ψj′′(x)dx+∫0Lψi′(x)ψj′(x)∫xL(m·(x)Ω2r)drdx,]]>

其中，为截面质量线密度；EI_F(x)为弹性主轴坐标系下的截面挥舞刚度；L为叶片单元段的长度；Ω为风轮转速；r为截面的旋转半径；ψ_i(x)和ψ_j(x)为形状函数，分别取为xⁱ⁺¹和x^j+1，式中1≤i,j≤n,n为大于等于5的整数，一般取为5。

计算由质量矩阵和刚度矩阵构成的常系数方程的特征值，得到叶片的挥舞频率。