| 题名 | 兆瓦级风力机塔架结构参数的多目标优化研究 |
| 作者 | 和哲 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 郑玉巧 |
| 关键词 | 风力机 塔架 有限元模型 均匀设计 多目标优化 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 作为一种丰富洁净的可再生能源,风电产业正在迅猛发展,塔架作为风力机的重要承载部件,其性能直接影响着风力机的稳定运行。随着风力机单机容量的不断增大,对塔架结构的强度、振动及稳定性提出了更高的要求。因此,本文以国家自然科学基金项目为背景,以兆瓦级风力机塔架为研究对象,以国际电工委员会IEC认证规范及GB为依据,综合有限元模拟仿真试验、均匀设计方法及多目标优化算法对塔架结构参数进行多目标优化研究。本研究对塔架结构优化设计具有重要的参考价值。具体内容与取得的研究结论如下:（1）塔架的载荷及静动态、稳定性特性分析。首先,建立仅考虑塔筒（含门洞）、法兰的塔架有限元仿真模型,确定塔架的载荷模型,研究塔架在极端风速工况下的载荷分布规律;其次,借助于结构力学、弹性力学、疲劳累积损伤等理论,校核塔架的静态特性、振动特性,稳定性及疲劳寿命。结果表明:在极端风速工况下,塔架的静强度与刚度满足规范要求;塔架的第1阶固有频率值为0.34488 Hz,作坎贝尔图可见,塔架的低阶固有频率完全避开风轮的1P及3P运行频率,故塔架不会发生共振;基于非线性屈曲理论计算塔架的屈曲安全系数为0.06,远小于IEC规范要求,即稳定性良好;根据Miner准则求解得到塔架的最低疲劳寿命值为4.1797E7 cycles,其累积疲劳损伤值小于1,表明塔架满足20年的设计使用寿命。（2）基于均匀设计方法构建塔架结构参数的数值模拟仿真试验。选取塔架第四段第十节厚度与高度尺寸为设计变量,采用U9*（92）均匀设计进行数值模拟仿真试验,试验结果回归得到5种结构特性（最大等效应力、最大变形位移、第1阶固有频率、第1阶临界屈曲载荷及最低疲劳寿命）与结构参数间的拟合数学模型。（3）塔架结构参数的多目标优化。首先,结合数值模拟仿真试验结果给出优化目标函数,设置种群规模、参考点数量、迭代运算次数及交叉变异概率等算法参数,寻优计算得到12组非支配解;其次,作非支配解的前沿,对比分析非支配解的特征,发现塔架厚度变量对优化目标影响较大,塔架重量目标与疲劳寿命目标间变化趋势的矛盾性;最后,通过对比3组优化方案,基于设计偏好给出建议并针对保守设计给出最优方案。本文的研究工作,对塔架结构参数的多目标优化具有一定的参考价值。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 68 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94819]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 和哲. 兆瓦级风力机塔架结构参数的多目标优化研究[D]. 2019. |
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