[发明专利]一种玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法

权利要求书

1.一种玻碳混合低风速叶片铺层结构的优化设计方法，其特征在于，其步骤如下：

S1、利用叶片典型截面建立铺层结构设计模型，并在铺层结构设计模型上分别建立梁帽区域和尾缘加强区域的铺层厚度模型；

S2、采用粒子群算法对梁帽区域和尾缘加强区域的铺层厚度模型进行优化，得到梁帽区域和尾缘加强区域的厚度，进而得到最优的叶片铺层结构；

所述采用粒子群算法对梁帽区域和尾缘加强区域的铺层厚度模型进行优化的方法为：

S21、将叶片的总质量作为目标函数，将叶片的结构强度、叶尖变形量及自振频率作为约束条件；

所述目标函数为：

F(x)＝min(Blade_mass)，

其中，F(x)为目标函数，x为设计变量(k1，k2)，Blade_cmass为目标向量；

所述约束条件为：

γσ≤[σ]，

γτ≤[τ]，

ω_1f≠3P；ω_1e≠3P，

P＝n_r/60，

d≤d_tip,max，

其中，σ为叶片各截面最外层三轴向布铺层的正应力，τ为叶片各截面最外层三轴向布铺层的剪切应力，[σ]三轴向布材料的许用拉伸，[τ]为三轴向布材料的许用剪切应力，γ为安全因子，ω_1f为叶片的一阶挥舞，ω_1e为一阶摆振频率，P为风力机组相对振动频率，n_r为风轮的转速，d为叶尖的最大变形量，d_tip,max为叶尖的最大许用变形量；

S22、初始化种群大小N、粒子维数M、迭代次数k，最大迭代次数t_max，初始化粒子的位置x₀和速度v₀，利用粒子的初始位置x₀初始化群体最优适应值gbest和各粒子最优适应值pbest；

S23、更新粒子的位置x和速度v，生成叶片铺层结构参数k1和k2；

所述粒子的位置x和速度v的更新方法为：

其中，w为惯性权重，c₁、c₂均表示学习因子，r₁、r₂均为范围为[0,1]的随机数，为第i个粒子在第k代的位置，为第i个粒子在第k+1代的位置，为第i个粒子在第k代的速度，为第i个粒子在第k+1代的速度，p_i为当前粒子i的个体最优解的位置，p_g为全局最优解的位置；

S24、调用基于ANSYS APDL的叶片参数化有限元建模及性能分析软件，计算叶片总质量，在极限载荷下计算叶片最大应力、叶尖最大变形量及自振频率，计算目标向量；

S25、更新粒子的个体最优适应值p_i和群体最优适应值p_g；

S26、迭代次数k＝k+1，并判断是否达到最大迭代次数t_max或连续k次的群体最优值不变，若是，输出群体最优适应值p_g对应的粒子，否则，对粒子群参数自适应调整，返回步骤S23；

所述对粒子群参数自适应调整的方法为：

S26.1、计算第i和j个粒子间的距离D(i,j)：

其中，f(·)表示当前粒子的适应度值，x_i为粒子i的位置，x_j为粒子j的位置；

S26.2、计算种群中粒子间的最大距离D_max：

D_max＝max(D(i,j))；

S26.3、计算种群中粒子间的平均距离D_average：

其中，N为种群的大小；

S26.4、根据粒子间的平均距离与最大距离的比重来动态的调整惯性权重w：

S26.5、利用惯性权重w调整粒子的位置x和速度v。