[发明专利]一种基于结构尺寸参数优化的风力机叶片优化设计方法

摘要

本发明公开了一种基于结构尺寸参数优化的水平轴风力机叶片的优化设计方法，包括以下步骤：采用现有叶片设计方法，确定叶片的气动外形参数和腹板与梁帽的初步结构参数；沿叶片径向对叶片梁帽与腹板划分为若干分段，以不同分段处梁帽的厚度与弦向宽度、以及腹板厚度为优化变量，以叶片重量为优化目标，以叶片刚度、强度、动力特性为优化限制因素，采用结构参数化优化方法，对叶片梁帽与腹板进行优化；通过优化计算，确定各段梁帽与腹板的最佳结构尺寸，之后再对各段梁帽、腹板的相邻处进行光顺过渡，得到最终优化的叶片几何结构。通过以上优化手段，可实现在保持叶片结构强度、刚度与结构动力特性在合理范围的同时，减轻叶片重量，同时也有利于减少叶片载荷。

主权项

一种基于结构尺寸参数优化的水平轴风力机叶片的优化设计方法，所述叶片包括腹板(3)、梁帽(4)和蒙皮(1)，其特征在于，该优化设计方法包括以下步骤：1）根据设计要求，采用现有叶片设计方法，确定叶片的气动外形参数和腹板(3)、梁帽(4)的初步结构参数；2）使用有限元数值优化方法，建立叶片的有限元结构模型；3）将叶片沿径向划分若干段，设划分段数为N，分别以各段梁帽(4)的厚度(H)与弦向宽度(B)、以及腹板(3)的宽度(A)为优化变量，总计3N个优化变量； 4）以叶片的重量最小为优化目标； 5）依据步骤3） 4）的优化参数设定，采用有限元数值优化方法进行迭代计算，开展梁帽(4)与腹板(3)结构的参数优化，获得满足优化参数所要求的梁帽(4)与腹板(3)尺寸；6）对优化所获得的各段梁帽(4)、腹板(3)结构进行光顺，获得最终的叶片梁帽(4)、腹板(3)结构；7）以步骤6）中所获得的梁帽(4)、腹板(3)结构，替换步骤1）中的梁帽(4)、腹板(3)结构，完成对叶片的优化过程；通过以上步骤实施，完成叶片的优化设计过程，在优化过程中，对叶片的气动外形不做调整，保持与步骤1）中一致，以保证其气动性能符合设计要求。