風電機組葉片多相材料拓撲優(yōu)化方法及應用

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 風電機組葉片概述 1
1.1.1 葉片的結構形式 1
1.1.2 葉片的結構設計要求 3
1.1.3 某1.5MW風電機組葉片 4
1.1.4 葉片的載荷計算 11
1.2 復合材料層合板 19
1.2.1 復合材料層合板簡介 19
1.2.2 復合材料層合板的鋪層設計原則 20
1.2.3 復合材料層合板失效準則 22
1.2.4 復合材料層合板標記 23
1.2.5 **層合板理論 25
1.3 結構優(yōu)化 32
1.3.1 結構優(yōu)化基礎 33
1.3.2 結構優(yōu)化分類 41
1.3.3 結構優(yōu)化的數值不穩(wěn)定現象 43
1.4 風電機組葉片多相材料拓撲優(yōu)化 44
1.5 本章小結 46
參考文獻 46
第2章 鋪層參數對風電機組葉片結構性能的影響分析 50
2.1 響應面法 50
2.1.1 試驗設計法的基本術語 50
2.1.2 響應面法的基本原理 50
2.1.3 一階響應面法 51
2.1.4 二階響應面法 52
2.2 鋪層參數對風電機組葉片結構性能的耦合影響分析 56
2.2.1 鋪層參數與葉片結構性能間數學模型的建立 56
2.2.2 鋪層參數對葉片結構性能的耦合影響分析 60
2.3 鋪層參數對風電機組葉片結構性能影響的靈敏度分析 63
2.3.1 單鋪層參數對葉片結構性能影響的區(qū)間靈敏度分析 63
2.3.2 多鋪層參數對葉片結構性能影響的相對靈敏度分析 67
2.4 基于靈敏度分析的風電機組葉片鋪層參數穩(wěn)定域劃分 73
2.4.1 鋪層參數穩(wěn)定域劃分方法 74
2.4.2 面向葉片強度的鋪層參數穩(wěn)定域劃分 75
2.4.3 面向葉片剛度的鋪層參數穩(wěn)定域劃分 78
2.4.4 葉片結構性能較優(yōu)的鋪層參數綜合穩(wěn)定域 81
2.5 本章小結 82
參考文獻 83
第3章 多相材料拓撲優(yōu)化策略 85
3.1 基于剛度矩陣插值的多相材料拓撲優(yōu)化 85
3.1.1 基于本構矩陣的材料插值 85
3.1.2 基于剛度矩陣的材料插值 88
3.1.3 基于剛度矩陣插值的多相材料拓撲優(yōu)化流程 90
3.1.4 數值算例 91
3.2 考慮分區(qū)策略的多相材料拓撲優(yōu)化 93
3.2.1 分區(qū)優(yōu)化 93
3.2.2 數值算例 95
3.3 離散變量量化方法 100
3.4 考慮隱式約束的復合材料層合板分區(qū)優(yōu)化方法 103
3.4.1 隱式約束 103
3.4.2 考慮隱式約束的復合材料層合板分區(qū)優(yōu)化設計 104
3.4.3 數值算例 106
3.5 提高優(yōu)化收斂速度和收斂率的措施 110
3.5.1 引入設計變量求和約束 110
3.5.2 引入價值函數 112
3.5.3 消除灰度問題的策略 113
3.6 本章小結 115
參考文獻 116
第4章 風電機組葉片多相材料宏觀拓撲優(yōu)化方法及應用 118
4.1 連續(xù)體結構多相材料拓撲優(yōu)化方法 118
4.2 基于ICM方法的復合材料層合板多相材料宏觀拓撲優(yōu)化 127
4.2.1 過濾函數的選取 127
4.2.2 多相材料拓撲優(yōu)化的插值 128
4.2.3 基于ICM方法的多相材料宏觀拓撲優(yōu)化數學模型 129
4.2.4 結構響應量的靈敏度分析 131
4.2.5 數值算例 133
4.3 基于ICM方法的風電機組葉片多相材料宏觀拓撲優(yōu)化 136
4.3.1 以強度為約束的葉片多相材料宏觀拓撲優(yōu)化 137
4.3.2 以位移為約束的葉片多相材料宏觀拓撲優(yōu)化 142
4.4 考慮密度變化率約束的葉片多相材料宏觀拓撲優(yōu)化 148
4.4.1 密度變化率約束 148
4.4.2 葉片多相材料宏觀拓撲優(yōu)化 155
4.5 本章小結 162
參考文獻 163
第5章 風電機組葉片離散纖維細觀鋪角優(yōu)化方法及應用 166
5.1 離散材料優(yōu)化方法 166
5.1.1 **離散材料優(yōu)化 167
5.1.2 離散材料優(yōu)化方法的拓展 170
5.2 序列梯度追趕法 176
5.2.1 SGC方法的核心思想與實現機制 176
5.2.2 優(yōu)化流程與算法實現 179
5.2.3 SGC方法的可行性測試 183
5.2.4 數值算例 185
5.3 二分插值優(yōu)化法 192
5.3.1 核心思想和實現機制 192
5.3.2 靈敏度分析 200
5.3.3 數值算例 202
5.4 風電機組葉片離散纖維細觀鋪角優(yōu)化 209
5.4.1 葉片分區(qū)細觀纖維鋪角拓撲優(yōu)化數學模型和靈敏度分析 209
5.4.2 優(yōu)化流程和收斂準則 211
5.4.3 距葉根三分之一段葉片的優(yōu)化結果及分析 213
5.4.4 全尺寸葉片的優(yōu)化結果及分析 221
5.5 本章小結 223
參考文獻 225
第6章 風電機組葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設計方法及應用 229
6.1 復合材料層合板變剛度優(yōu)化設計 229
6.2 復合材料層合參數 230
6.2.1 層合參數 231
6.2.2 基于纖維鋪角的層合板剛度性能表征 232
6.2.3 基于層合參數的層合板剛度性能表征 232
6.2.4 層合參數可行域 236
6.3 基于層合參數的復合材料層合板連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設計 239
6.3.1 復合材料層合參數變剛度優(yōu)化設計方法 239
6.3.2 層合參數分布轉化為纖維鋪角分布的實現方法 243
6.3.3 數值算例驗證 250
6.4 基于層合參數的風電機組葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設計 262
6.4.1 基于層合參數的葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化數學模型 262
6.4.2 基于層合參數的葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化實現流程 262
6.4.3 基于層合參數的距葉根三分之一段葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設計 264
6.4.4 基于層合參數的全尺寸葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設計 268
6.5 本章小結 270
參考文獻 271
第7章 風電機組葉片纖維鋪角與鋪層厚度協同優(yōu)化設計方法及應用 274
7.1 引言 274
7.2 纖維鋪角與鋪層厚度協同優(yōu)化 274
7.2.1 問題描述 274
7.2.2 優(yōu)化數學模型 277
7.2.3 靈敏度分析 278
7.3 鋪層厚度連續(xù)化 281
7.3.1 厚度過濾技術 281
7.3.2 厚度過濾驗證 283
7.4 優(yōu)化流程 286
7.5 協同優(yōu)化數值算例 287
7.5.1 L型支架協同優(yōu)化 287
7.5.2 固端梁協同優(yōu)化 288
7.5.3 圓柱殼協同優(yōu)化 290
7.6 風電機組全尺寸葉片纖維鋪角與鋪層厚度協同優(yōu)化 292
7.7 本章小結 295
參考文獻 295