基于响应面法的铺放参数对风力机叶片性能的影响

发布时间：2020-05-31 13:48

【摘要】：叶片作为风力机捕获风能的关键部件,受力异常复杂,其结构性能及稳定性是决定风电机组正常运行的关键。铺层参数决定叶片的性能,并且相互之间存在耦合作用。论文采用响应面法和基于偏最小二乘法的优化方法,研究了铺层参数对叶片性能的多对一及多对多的耦合影响,以获得使叶片性能达到最优的铺层参数优化组合,并进行应用验证。论文完成的工作如下:阐述了响应面法、偏最小二乘法、复合材料层合板的基础知识以及复合材料的强度和失效准则、叶片结构,建立了风力机叶片的三维模型。根据经典层合板理论,通过单层板的刚度,等效出不同铺层顺序下层合板的刚度矩阵,推导出铺层顺序的表征参数,并建立了铺层顺序表征参数与层合板刚度等效模型之间的数学关系,从而使铺层顺序连续化。以铺层角度、±X°铺层厚度比例和铺层顺序为自变量,叶片强度指标(Tsai-wu失效因子)和刚度指标(最大位移U)为响应变量,依据响应面法,研究了铺层参数对风力机叶片性能的耦合影响。采用Box-Behnken试验设计方法设计了铺层参数试验方案,仿真分析了叶片静强度和刚度;经加中心点析因分析建立了铺层参数与叶片性能指标间多对一的二阶耦合映射关系,采用方差分析法对响应面模型和回归系数进行了显著性检验,分析了单一参数和两两参数耦合对叶片结构性能的宏观性影响,得到了铺层参数较优的取值范围。在此基础上,应用Box-Behnken试验设计方法重新拟定试验方案,分析了叶片的静强度和刚度,通过偏最小二乘回归法建立了铺层参数与叶片性能的多对一数学模型;采用因子分析法求解出各叶片性能的权重,并推导出多目标综合决策模型;对综合决策模型进行优化和重要性测度分析,获得了优化的铺层参数值和单一参数以及参数两两交互作用对叶片结构性能综合的影响大小。对优化后的铺层参数进行数值验证,叶片的性能得到改善,验证了方法的可行性和有效性。论文研究成果为大型复合纤维风力机叶片的结构铺层设计和优化提供了参考依据。
【图文】：

1.1 课题研究背景和意义课题源自国家自然科学基金项目“铺放参数对复合纤维风力机叶片机能的耦合作用机理研究”（51665046）。风，是由不同地理位置、不同地区间的温差以及不同的大气压强分布所产生的相对运动的气流。作为一种清洁的能源，人类对风能的利用方式由最古老的提水灌溉逐渐演化成现如今的风力发电。在众多可再生能源中,风能具有蕴藏量大、清洁、分布广泛等优点。风力发电是利用风能最有效的途径之一，其以规模化发展的优势、广阔的商业开发前景深受世界各国的重视[1-2]。据全球风能理事会（GWEC）调查，截止到 2017 年底，世界各国新增装机量为52573MW，，中国新增装机容量最多，为 19500MW，其次是美国 7017MW、德国6581MW、英国 4270MW 等。全球的风电装机容量累计达到 539581MW，其中中国累计装机为 188232MW，其次是美国 89077MW、德国 56132MW、印度 32848MW 等3]。图 1-1、图 1-2 分别为 2001 年—2017 年全球风电年新增装机容量和累计装机容量。

各国的重视[1-2]。据全球风能理事会（GWEC）调查，截止到 2017 年底，世界各国新增装机量为52573MW，中国新增装机容量最多，为 19500MW，其次是美国 7017MW、德国6581MW、英国 4270MW 等。全球的风电装机容量累计达到 539581MW，其中中国累计装机为 188232MW，其次是美国 89077MW、德国 56132MW、印度 32848MW 等3]。图 1-1、图 1-2 分别为 2001 年—2017 年全球风电年新增装机容量和累计装机容量。图 1-1 全球风电年新增装机容量Fig.1-1 Global annual installed wind capacity
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM614

【参考文献】

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本文编号：2689951