大型風力發(fā)電機組輪轂的強度分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、輪轂是風力發(fā)電機組中連接葉片與主軸的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)形狀復雜，同時承受著異常復雜的交變載荷條件，因此風機系統(tǒng)中對輪轂的強度及壽命要求極為嚴格。
　　在遼寧省科技創(chuàng)新重大專項項目“5MW及以上大功率風力發(fā)電機組配套軸承”(NO.201303006)的支持下，對某公司2MW風力發(fā)電機組輪轂結(jié)構(gòu)進行強度分析校核和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。借助有限元分析方法完成輪轂原結(jié)構(gòu)強度的分析及校核;利用拓撲優(yōu)化技術(shù)對輪轂結(jié)構(gòu)的概念模型進行設(shè)計;基于響應(yīng)曲面法對

2、輪轂概念模型進行尺寸優(yōu)化設(shè)計，得到輪轂壁厚最優(yōu)的新結(jié)構(gòu)方案，并對輪轂新結(jié)構(gòu)方案和原結(jié)構(gòu)方案進行性能分析與對比。主要工作和研究內(nèi)容如下:
　　(1)應(yīng)用有限元法，對輪轂原結(jié)構(gòu)靜強度及疲勞壽命進行分析與校核。建立了整體結(jié)構(gòu)的有限元分析模型，并建立邊界條件的等效模型;最后完成強度分析、校核工作，結(jié)果表明輪轂結(jié)構(gòu)滿足強度要求，同時其結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)化空間，可對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。
　　(2)采用拓撲優(yōu)化方法，針對兩種不同的拓撲優(yōu)化目

3、標，得到輪轂結(jié)構(gòu)的概念模型設(shè)計方案。構(gòu)建輪轂拓撲優(yōu)化模型，并建立邊界條件的等效模型;針對不同優(yōu)化目標下的設(shè)計方案，基于拓撲結(jié)果密度云圖，完成輪轂結(jié)構(gòu)的概念模型設(shè)計。
　　(3)基于響應(yīng)曲面法，對輪轂概念模型作尺度優(yōu)化設(shè)計以及性能分析。建立輪轂結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標優(yōu)化方案，優(yōu)化得到輪轂的新結(jié)構(gòu)模型，并對新結(jié)構(gòu)方案作性能分析，且與輪轂原結(jié)構(gòu)進行性能對比。
　　結(jié)果表明，輪轂新結(jié)構(gòu)滿足極限強度要求及疲勞壽命要求，疲勞壽命為29年，同時質(zhì)