大型风机复合材料叶片铺层优化设计

本文的主要研究内容是基于遗传算法对大型风机复合材料叶片进行铺层优化设计,对其进行优化设计必须建立在深入理解力学原理,熟悉掌握数值计算方法的基础上。因此,在深入研究单层复合材料以及叠层复合材料的弹性特征理论基础和改进的遗传算法优化理论之后,参考了一定的铺层规则,在铺层角度限制为工程中常用的四种角度的前提下,应用遗传算法对大型风机复合材料叶片进行了铺层优化设计。设计结果表明,由于遗传算法特有的处理离散型问题的优势,在叶片铺层的优化设计中应用遗传算法是可行和可信的。     

基于遗传算法的层压板强度优化设计

本文的主要目的是研究遗传算法的优化机理并将遗传算法应用到复合材料层压板铺层的优化设计中。在深入理解力学原理,熟悉掌握数值计算方法的基础上对层压板进行强度优化设计。因此,在深入研究单层复合材料以及叠层复合材料的弹性特征理论基础和改进的遗传算法优化理论之后,针对复合材料层压结构遗传算法优化设计中层压结构参数具有离散型的特点,提出了适合复合材料层压结构遗传算法优化设计的整数编码策略,以整数来表征层压结构参数,这种编码方式简单直观、使用方便、易于进行遗传算法的交叉及变异操作。在分析层压结构强度的基础上,针对结构强度优化的目标构造了可用于遗传算法的适应度函数。同时参考了一定的铺层规则,在铺层角度限制为工程中常用的四种角度的前提下,应用遗传算法对层压板进行了铺层优化设计。设计结果表明,由于遗传算法特有的处理离散型问题的优势,在层压板铺层的优化设计中应用遗传算法是可行和可信的。     

基于Optistruct的碳纤维复合材料包装箱结构优化设计

本文基于Optistruct结构优化技术,采用碳纤维复合材料进行了某特种包装箱的结构设计。结合包装箱结构设计的技术指标要求,提出了多阶段的优化设计方法。多阶段优化设计包括形貌优化、尺寸优化和铺层优化。在箱体的概念设计阶段,通过形貌优化获得了满足箱体刚度的加筋结构;针对基于铺层的碳纤维复合材料的可设计性能,在箱体的细节设计阶段,通过尺寸优化和铺层优化分别获得了复合材料各个铺层角度的最佳铺层厚度尺寸和复合材料箱体的最佳铺层方式。最终,通过有限元数值分析验算,结构设计的结果满足设计要求。     

复合材料声呐导流罩铺层的遗传算法优化设计

以复合材料力学经典层合板理论为基础,利用MATLAB编程联合ANSYS有限元分析,建立了复合材料声呐导流罩铺层结构优化平台。首先对单向载荷下的层合板铺层结构进行优化,并和实验结果相比较,验证了该优化平台的有效性。结果表明,优化后的层合板强度有了较大提高。在此基础之上,根据水下实际载荷工况,对声呐导流罩的铺层进行了优化设计,并利用ANSYS有限元分析对优化后的铺层进行应力应变分析。结果表明,声呐导流罩强度性能显著提高,实现了声呐导流罩铺层的优化设计。     

提高层压板屈曲强度的铺层顺序优化方法讨论

复合材料层压板铺层优化设计对于提高飞机结构承载能力至关重要。本文基于遗传算法和随机正态分布优化算法,以轴压复合材料层压板屈曲荷载为目标函数,开展铺层顺序优化设计。采用MATLAB语言编写两种优化算法程序,对不同铺层数和边界条件的对称均衡层压板进行铺层顺序优化。结果表明:采用整数编码、罚函数处理约束条件的遗传算法能够优化层合板铺层顺序问题;当铺层总数为24层时,四边简支和四边固支层合板的最优铺层相比最差铺层的承载力分别提高了27%和15%,优化铺层设计效果明显。随机正态分布优化算法计算结果与遗传算法结果一致,随机正态分布优化算法更简单实用、易收敛,更适用于层压板的铺层顺序优化设计。     

玻碳混杂低风速风电叶片结构优化及性能分析

为了进一步减轻低风速风电叶片的重量及载荷,以长度为54 m的某2 MW风电叶片为研究对象,构建了玻碳混杂叶片铺层结构设计模型,基于Matlab和ANSYS参数化建模和分析方法,对优化设计的玻碳混杂铺层结构叶片进行了强度、载荷特性、质量与最大变形量分析。研究表明:优化后的叶片质量降低了32.46%,其动态载荷及叶尖变形量有明显的减小;在保证叶片优化前后具有相同刚度的前提下,优化叶片的最大拉伸应力明显降低。本文的研究对低风速风电叶片的轻量化设计具有重要的参考意义,有助于降低风电叶片的成本。     

2MW风机叶片梁帽与腹板的强度优化设计

近年来,遗传算法发展成为一种比较普及的优化算法,遗传算法的主要特点是:稳定性好、通用性强、全局收敛性较优。在本篇论文中,比较详细地描述了遗传算法的优化机理,而且在大型风机复合材料叶片的梁帽与腹板的强度优化设计中应用了遗传算法的优化机理。考虑到层压板的结构参数具有离散型特征,所以在复合材料层压板结构优化设计中应用遗传算法时,适宜地提出了整数编码策略,使用整数编码策略来进行复合材料层压结构的遗传算法优化设计。所谓整数编码,即复合材料层压结构的参数用整数来表征。使用整数编码策略的主要优点有:直观、方便、遗传算法的交叉、变异操作比较容易地进行。在此之外,还构造了适应度函数以用于遗传算法,最终达到了叶片梁帽和腹板结构强度优化的目标。本论文展示了基于遗传算法的大型风机复合材料叶片梁帽与腹板的强度优化设计的诸多优势。想要进行强度优化设计,首先要深入理解力学原理,同时也要掌握数值计算方法。在深入了解单层复合材料与叠层复合材料的弹性理论基础,以及在仔细研究改进的遗传算法优化理论基础之上,设定了一定的铺层规则,仅将工程中常用的四种角度作为限定的铺层角度,应用遗传算法对2MW风机复合材料叶片的梁帽和腹板进行了强度优化设计。本文的最后计算结果表明,由于遗传算法在处理离散型问题方面的特有优势,故在2MW风机叶片的梁帽和腹板的强度优化设计中,使用遗传算法进行强度优化设计是可行和可信的。     

碳纤维复合薄壁材料的无人机机翼结构优化设计

无人机机翼结构铺层优化设计可减轻结构质量,为提升无人机机翼结构强度和降低无人机机翼结构质量,设计碳纤维复合薄壁材料的无人机机翼结构铺层优化方法。采用碳纤维T700、环氧树脂5208及Nomex蜂窝夹层优化设计碳纤维复合薄壁材料,以提升复合薄壁材料的强度。将无人机机翼结构模型内无人机机翼结构与参数作为输入,使用遗传寻优算法对无人机机翼铺层顺序实施基因编码,设置其应变约束、变形约束和稳定性约束条件。建立无人机机翼结构铺层优化铺层厚度优化数学模型和铺层层数适应度函数,并依据其约束条件对其实施求解,以实现碳纤维复合薄壁材料的无人机机翼结构铺层优化。结果表明：该方法可有效优化碳纤维复合薄壁材料的无人机机翼结构铺层厚度和层数,并提升无人机机翼结构的强度。     

复合材料机身壁板连接分析及轻量化设计

对复合材料机身壁板的单钉连接、多钉连接和胶接三种形式进行结构损伤分析,基于Hashin准则对基体和纤维的起始损伤进行判定,分析了纵向拉伸载荷下的失效模式。采用Optistruct对机身壁板进行了轻量化设计,在满足力学性能和制造工艺的要求下,对复合材料进行非均匀铺层优化,通过自由尺寸优化确定铺层数量,尺寸优化确定铺层厚度,优化铺层顺序获取最优材料性能,实现减轻结构重量的目标。通过优化设计,机身结构在满足强度、刚度和制造工艺要求的前提下重量得到大幅降低。     

竞赛机翼结构的优化设计与验证

要使复合材料轻质高强的优势得到充分发挥,在给定设计条件下开展复合材料结构的优化设计研究是十分必要的。以SAMPE超轻复合材料竞赛机翼为研究对象,根据给定的外形及工况,基于Hyperworks软件的Opti Struct分析和优化模块,对机翼的结构形式、铺层位置、铺层方向、铺层厚度等进行了优化设计,结合实际制造时的工艺性等,确定出了一款复合材料模型机翼的优化设计方案。基于该优化设计方案开展了模型机翼的制备与试验研究工作,并根据试验结果进行了进一步的改进,最终得到了该赛事组织以来满足承载及变形要求的最轻的一个机翼。     

风力机叶片结构强度复合材料力学分析方法研究

截面结构强度分析校核方法是风力机叶片设计优化的关键问题。针对现有的叶片工程力学计算方法精度不高、有限元分析方法计算开销较大的问题,在研究风力机复合材料叶片结构设计模型的基础上,基于复合材料力学理论,推导出计算叶片截面周向各处拉伸和剪切应变的计算公式;在叶片生命周期内的极限载荷下,对某1.5 MW叶片进行了结构强度计算和分析,通过与该叶片在当量极限载荷下的测试结果对比,验证了所述方法的有效性。     

复合材料风机叶片结构分析与铺层优化

本文将梁理论应用于风机叶片的结构分析,将叶片视为一个变截面的悬臂梁,对美国可再生能源国家实验室发布的叶片结构分析程序Precomp进行了二次开发,使其不仅能计算叶片截面的刚度,而且还可以计算叶片的固有频率以及极限荷载作用下的变形和应力。基于该程序,对叶片结构铺层进行了优化,提出了梯形截面主梁结构,并减少根部材料消耗。结果显示,优化铺层结构后的叶片重量不仅显著降低,而且不影响叶片的使用性能。     

风力机叶片气动弹性剪裁研究进展

本文首先简要阐述了气动弹性剪裁的起源及其在飞机设计中的应用;然后根据气动弹性剪裁在风力机叶片中的应用目的,着重综述了气动弹性剪裁在风力机叶片的性能、成本、结构设计和制造工艺几个方面的最新研究进展;最后,本文对气动弹性剪裁在风力机叶片中的研究进展进行了总结并展望了其在风力机叶片中的应用前景。     

水平轴风力机叶片的逆向设计与分析

作为一个专用程序,PROPID在水平轴风力机叶片的逆向设计与分析中有许多独特的优点。本文在介绍PROPID程序的同时,选取一风力机叶片为计算模型,使用PROPID进行重新优化设计和分析。通过分析比较发现,PROPID程序在叶轮的功率计算、外形几何尺寸设计、最佳安装角和转速的确定方面均有较好表现,并能正确反映风机叶轮的气动理论,是一种很实用的风力机叶轮逆向设计和分析程序,对提高风力机的气动设计水平、缩短设计周期有很大帮助。     

风力机叶片疲劳寿命研究概述

本文综述了水平轴风力机叶片在运转过程中承受的疲劳荷载和叶片制作材料破坏模式,总结了目前风力机叶片疲劳寿命预测方法,从叶片复合材料加工阶段优化铺层设计和给成型叶片安装疲劳荷载减缓装置两方面阐述了提升叶片疲劳寿命的措施。随着风力机叶片大型化发展,为叶片在使用寿命期内的安全、可靠运行提出了一些建议。     

纤维增强材料风机叶片发展概述

本文简述了国内外风力发电以及纤维增强材料风机叶片技术的发展现状,对风机叶片技术在所选材料、结构及气动设计和成型工艺等方面的发展情况进行了概述,并对风机叶片日后的发展趋势进行了分析.     

风机叶片根端连接的有限元分析

本文基于ANSYS软件建立风机叶片根端连接部分的有限元模型,并对叶根玻璃钢部分及T型连接螺栓进行应力分析和强度校核,为叶片根端连接的设计、优化及材料的选用提供可靠的依据和指导。     

复合材料叶片结构设计中的几个关键问题探讨

风力发电技术作为新兴技术,欧美一些国家已发展到相当高的水平,我国风力发电近些年也发展迅猛。风力发电的关键技术之一是风力机复合材料叶片的设计与研制,涉及到空气动力学、结构力学、复合材料力学及成型工艺等。本文着重探讨复合材料叶片的结构设计中几个关键的问题,在广泛分析和研究国内外复合材料结构设计现有技术基础上,并结合实际的研究经验,对复合材料叶片结构设计中的材料选择、载荷工况、结构选型、铺层设计以及力学分析等关键环节进行探讨和分析,并给出可行的意见。     

大型风力机玻璃钢叶片设计

本文就大型风力机玻璃钢叶片设计中若干问题进行讨论,包括气动设计、叶片剖面和根端设计、荷荷工况、强度和疲劳分析、空腹叶片工分析、叶片动态特性评价。     

基于ANSYS建模的风力机叶片模态分析及稳定性分析

以1MW水平轴风力机叶片为例,应用ANSYS有限元软件,通过APDL参数化语言实现风力机叶片的有限元建模。模型建好后可以直接设置单元类型、材料参数、剖分网格,进行有限元计算。本文主要利用ANSYS建模技术对风力机叶片进行模态分析及稳定性分析。