[发明专利]基于变形技术的风电机组主机架优化设计方法

说明书

本发明提供一种基于变形技术的风电机组主机架优化设计方法，包括获取用于优化设计的主机架基础构型；创建主机架结构变形控制；获得主机架基础模型；创建风电机组有限元分析模型；定义优化问题；生成试验样本点；S7、创建近似模型；优化问题求解；判断优化问题求解是否收敛直至求解收敛获得优化解。本发明通过关键参数识别、仿真问题降维等手段将复杂的有限元仿真问题简化，对风电机组主机架进行优化设计。通过创建变形控制参数与主机架极限工况强度、疲劳累积损伤和重量之间的近似模型，可以达到缩短设计时间，提高研发效率的目标，综合考虑主机架极限工况强度、疲劳累积损伤和重量特性，得到符合设计要求的主机架。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于变形技术的风电机组主机架优化设计方法。

背景技术

在风电市场开发需求的不断推动下，国内各主机厂对风电机组的研发沿着大容量、高转换效率的方向发展，风电机组的相关零部件也将随之增大和增重，风电机组的降本增效研发越来越受重视。

风电机组机舱主要由主机架、轴承座、主轴、齿轮箱和发电机等部件组成。主机架在装配上起着承上启下、前后衔接的关键作用，承受由传动链传递的风轮载荷、机舱重量和运行振动活载和外界风载等，并将这些载荷通过偏航法兰传递到塔筒顶部。主机架作为风电机组的关键零部件，需要满足极限工况强度和疲劳累积损伤相关设计要求，设计周期长，难度大。

传统的主机架主要依靠结构设计工程师的经验进行构型，结合解析法和有限元方法进行设计优化和迭代，所需设计周期长，所得主机架自重大，具有较大的安全余量；另一方面，主机架为铸造件，结构特征复杂，难以通过直接修改建模尺寸、特征位置参数快速实现构型优化。大质量主机架将增加制造成本、运输成本，并造成安装的不便，为此必须解决由此带来的主机架优化设计及生产制造的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种基于变形技术的风电机组主机架优化设计方法，通过该设计方法克服现有主机架优化设计技术的不足，解决主机架设计周期长、自重大的问题，以满足风电机组主机架研发高效率、高可靠性和低成本的要求。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种基于变形技术的风电机组主机架优化设计方法，包括如下步骤：

S1、获取用于优化设计的主机架基础构型；

S2、根据主机基础构型，基于变形技术创建主机架结构变形控制体，选取变形控制体上的控制点组成变形控制参数；

S3、将主机架基础构型与变形控制体关联，获得主机架基础模型；

S4、根据主机架基础模型创建风电机组有限元分析模型，计算主机架基础方案的极限工况强度和疲劳累积损伤；

S5、根据有限元分析模型，以变形控制参数为设计变量、以主机架的极限工况强度和疲劳累积损伤为约束条件、以主机架重量为优化目标函数，定义优化问题；

S6、根据设计变量的取值上下限，对设计变量在给定的上下限范围内进行抽样组合，分别计算每个取值组合对应的主机架极限工况强度和疲劳累积损伤，提取主机架重量，生成试验样本点；

S7、根据试验样本点，确定输入变量和输出变量之间的函数关系式，创建近似模型；

S8、根据近似模型，对优化问题进行求解，寻求满足约束条件和优化目标函数的变形控制参数的取值；

S9、判断步骤S9中的优化问题求解是否收敛，如果收敛将其作为优化解，如果未收敛返回步骤S5更新设计变量的上下限重复步骤S6~S8，直至求解收敛获得优化解。

进一步，在步骤S1中，所述主机架基础构型包括三维几何模型和有限元模型。