基于进化策略的海上风电支撑结构多参数同步优化设计

发布时间：2021-01-18 23:30

　　针对典型海上风电场3 MW固定式三桩单立柱风力机支撑结构主尺度优化问题,文章采用参数化建模方式进行力学建模,在有限元分析的基础上,结合生物进化策略,以风机塔顶位移、结构最大Mises应力为限制条件,以减小支撑结构整体体积为优化目标,对海上三桩单立柱风力机支撑结构主尺度参数进行多参数同步优化设计。研究结果表明:在保证风机塔架刚度和结构强度的前提下,通过结合有限元分析与进化策略对风机主尺度参数进行同步优化,风机支撑结构整体体积明显下降,优化效果明显。该多参数同步优化设计方法可为海上风电固定式支撑结构设计提供参考。 

【文章来源】：可再生能源. 2020,38(07)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

海上风力机支撑结构有限元模型

基于研究现状，本文引入（μ+λ）-ES进化策略与有限元分析相结合，开展海上风电支撑结构多参数同步优化分析，主要算法流程如图2所示。以减小三桩支撑结构的体积为本文的优化目标，为保证结构强度和刚度要求，以塔顶位移小于0.6 m、结构最大Mises应力低于120 MPa为限制条件。通过编写相应程序产生父辈和子代，更新有限元模型中对应的主尺度参数，计算得到每组参数对应结构的力学响应与整体体积，并对其进行筛选排序，从中挑选出表现型较好的个体。

每代父本体积的平均值、最大值和最小值随优化进行的变化趋势如图3所示。由图3可知：随着优化的进行，平均值、最大值和最小值不断减小；平均值由146.458 m3降低到123.994 m3，降低了15.3%；最大值由166.77 m3降低到125.653m3，降低了24.7%；最小值由127.526 m3降低到119.91 m3，降低了9.4%。父本结构体积的平均值、最大值和最小值下降明显，这与减小整体结构体积的优化目标相吻合，优化效果明显。每代父本体积跨度值以及标准差如图4所示。由图4可知：随着优化的进行，跨度值和标准差均呈减小趋势；跨度值由39.244 m3降低到5.743 m3，降低幅度为85.4%；标准差由13.012 m3降低到1.701 m3，降低幅度为86.9%。跨度值的减小趋势说明父本内部个体体积呈收敛趋势，标准差的减小趋势表明父本内部个体体积的波动趋于平缓。依据上述规律可以推断，父本体积跨度值及标准差会随着优化的进行最终趋于零，结构体积将收敛于某个值，该值所对应的父本个体的参数即为最优参数。


本文编号：2985872