铺层参数对风力机叶片性能影响的耦合作用机理

发布时间：2020-07-26 09:00

【摘要】：随着石化能源的日趋紧张,风能作为可替代能源日益受到重视和关注。作为风电机组的核心部件,叶片的性能直接关系到风力机的捕风效能、安全稳定运行和使用寿命。铺层参数不同,叶片的性能亦不同,且铺层参数对叶片的性能存在耦合影响。为此,论文研究铺层参数对风力机叶片性能的耦合影响,探究其耦合作用机理,以获得优化的铺层参数组合方案。论文完成的主要工作有:论述了均匀试验设计法、GA-RBFNN(遗传算法径向基神经网络模型)、复合纤维层合板的结构形式和力学性能分析方法以及叶片的结构,建立了叶片的数值分析模型。以铺层角度、±x°铺层厚度比例和铺层顺序为自变量,以Tsai-wu失效因子、Mises应力作为衡量叶片强度的指标,以最大位移作为衡量叶片刚度的指标,研究了铺层参数对风力机叶片性能的耦合影响。应用均匀试验设计法设计了铺层参数的试验方案,分析了叶片的静态强度和刚度;采用单因素均值法分析与交互项分析,得到了铺层参数较优的取值范围;基于多项式回归分析法,建立了铺层参数与叶片性能指标间多对一的二次数学模型,运用方差分析对回归方程和回归系数进行了显著性检验;通过分析获得了两两铺层参数对叶片性能的宏观性耦合影响。为获得铺层参数的优化值,采用多次混合水平均匀试验设计法细化铺层参数,重新拟定试验方案,分析了叶片的静态强度和刚度;根据仿真结果,构建了具有预测能力的径向基神经网络模型,通过计算网络预测值与实际分析值误差、均方差与均方根值,验证了网络模型的可靠性;在训练完成的径向基神经网络中融合遗传算法,径向基神经网络预测值作为遗传算法的输入,对铺层角度、±x°铺层厚度比例和铺层顺序进行寻优,获得了优化的铺层参数值和组合。实例表明:优化后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。
【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】：TM315
【图文】：

可再生、环保、无废弃的风能备受瞩目，世界上众多国家都渴望把丰富的风能资源转化为便捷的电能资源。风能的利用不仅可以在一定程度上满足社会的可持续发展，同时可以保护人类赖以生存的环境。风力发电为我国可代替能源开辟了新天地、新机遇和新挑战[1]。过去 15 年来，世界风电总装机容量增速迅猛，以年均 24%的比例增加。我国风力资源相当富足，可开发使用的风能资源有近 10 亿 KW，其中陆地上风能储蓄约为2.53 亿 KW，“十二五”期间，全国风电装机容量就已跃升至世界榜首。近期颁布的《风力发电发展“十三五”规划》中提出，到 2020 年末，我国风电累积并网装机达2.1 亿 KW 以上，风电预计年发电量达 4200 亿 KW，风电行业发展前景广阔[2]。统计表明，2017 年全球风电增加装机容量 59450 亿 KW，世界风电累计装机容量 546178亿 KW。2012 年以来，我国连续五年风电新增装机容量居世界首位，截止 2017 年风电新增装机容量 1600 万 KW，累计装机容量可达到 1.65 亿 KW。未来，我国乃至全球的风电发展将由快速增长逐渐进入稳步阶段，同时风电行业要从量的飞跃转变为质的飞跃。图 1-1 所示为全球风电新增装机容量与累计装机容量统计情况，尽管 2013年风电新增装机容量有小幅下降，但总体风电累计装机容量仍保持快速增长。

图 2-1 U11（1110）两因素 1、7 列布点图Fig.2-1 The first and seventh columns of two factors in U11（1110）图 2-2 U11（1110）两因素 1、2 列布点图Fig.2-2 The first and second columns of two factors in U11（1110）平均匀试验设计平较多时采用均匀试验设计表是较好的选择，但具体试验中常等的情况，此时采用混合水平均匀试验设计表设计试验方案

图 2-2 U11（1110）两因素 1、2 列布点图Fig.2-2 The first and second columns of two factors in U11（1110）平均匀试验设计较多时采用均匀试验设计表是较好的选择，但具体试验中的情况，此时采用混合水平均匀试验设计表设计试验方案匀试验设计建立在等水平均匀试验设计的基础上，运用拟计表转化为混合水平均匀试验设计表。混合水平均匀试验n 表示试验次数，由于因素水平数不同需与等均匀试验设计素数，1~iq q 表示因素水平数，表示为1 21 2( )iq qqn iU t t t匀试验设计表的任意一列，不同水平出现的概率是相同的等于 1，所以试验次数与各因素的水平数一般不相等；在机数种子的数量不同，相同的水平数会获得不同的混合水均衡性也不尽相同，故需控制表格的均匀性度量指标和作XTX 的优良性指标，以得到均衡性最优的混合水平均匀试

【参考文献】

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本文编号：2770556