貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪多學(xué)科可行優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)涉及多個學(xué)科，如流體、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、疲勞、材料、振動、制造工藝等學(xué)科領(lǐng)域，隨著對水輪機(jī)穩(wěn)定性要求的日益提高，傳統(tǒng)的串行模式優(yōu)化設(shè)計(jì)化方法已經(jīng)很難滿足設(shè)計(jì)要求，因此需要建立一種能夠綜合考慮多個學(xué)科間相互影響的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，即多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法(MDO)。本文借鑒國內(nèi)外其它領(lǐng)域多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究成果上，將多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)引入了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對轉(zhuǎn)輪多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了初步的探索研究。
　　對多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的概念和主

2、要思想進(jìn)行了概述，綜合分析了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化常用的六種方法的數(shù)學(xué)模型、結(jié)構(gòu)框架，并分析了每個方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用的范圍。
　　根據(jù)貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)的特性，利用多學(xué)科可行方法的框架建立了轉(zhuǎn)輪優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了參數(shù)化、網(wǎng)格自動劃分、數(shù)值計(jì)算、應(yīng)力計(jì)算以及系統(tǒng)優(yōu)化，以轉(zhuǎn)輪葉片的形狀參數(shù)為優(yōu)化變量，以轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)性能和水力性能為目標(biāo)函數(shù)，并引入NSGA-Ⅱ遺傳算法作為優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　論文將貫流式轉(zhuǎn)輪葉片

3、作為優(yōu)化設(shè)計(jì)對象，葉片翼型骨線采用Bezíer曲線原理，基于CAD設(shè)計(jì)軟件UG的二次開發(fā)grip語言實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，通過骨線變化達(dá)到修改葉片的目的，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪的參數(shù)化。將葉片翼型骨線的八個撓度參數(shù)作為優(yōu)化變量，以最大效率和最小結(jié)構(gòu)應(yīng)力為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行多學(xué)科分析及耦合信息傳遞，通過NSGA-Ⅱ遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)得到最終優(yōu)化結(jié)果。
　　優(yōu)化結(jié)果表明優(yōu)化后的葉片的效率和最低壓力都大幅度提高，最大結(jié)構(gòu)應(yīng)力極大降低，應(yīng)力分布梯度化更加均勻，優(yōu)化