| 主权项 |
风力机叶片主梁铺层优化设计方法，其特征在于，其步骤为：（1）叶片气动外形参数确定，叶片主梁为盒型主梁，叶片剖面为主梁加蒙皮结构形式，叶片沿展向离散化得到n个横截面，每个剖面面积分为三部分蒙皮面积A<sub>1</sub>、主梁帽面积A<sub>2</sub>和抗剪腹板面积A<sub>3</sub>，整个剖面的面积为A=A<sub>1</sub>+A<sub>2</sub>+A<sub>3</sub>；（2）根据步骤（1）中蒙皮面积计算剖面积矩公式如下：<img file="867996dest_path_image001.GIF" wi="91" he="58" />、<img file="584148dest_path_image002.GIF" wi="97" he="63" />；进一步的，剖面形心等于：<img file="730965dest_path_image003.GIF" wi="80" he="54" />，<img file="320209dest_path_image004.GIF" wi="75" he="58" />；叶片剖面惯性矩等于<img file="99946dest_path_image005.GIF" wi="82" he="32" />、<img file="682106dest_path_image006.GIF" wi="107" he="42" />、<img file="496478dest_path_image007.GIF" wi="105" he="39" />，通过坐标转化就能得到主轴坐标下惯性矩；（3）计算叶片载荷及内力，正常工作状态下，叶片受到气动力、离心力和自身重力；（4）根据步骤（2）中计算得到的剖面几何特性参数可计算气动力弯矩和扭矩，公式如下：<img file="256624dest_path_image008.GIF" wi="208" he="56" />，<img file="523657dest_path_image009.GIF" wi="211" he="56" />；<img file="930016dest_path_image010.GIF" wi="386" he="50" />；式中，<img file="536578dest_path_image011.GIF" wi="83" he="35" />叶片气动中心，<img file="529942dest_path_image012.GIF" wi="87" he="37" />为叶片剖面扭转中心；（5）叶片所受重力载荷的弯矩和扭矩可按如下公式计算：<img file="471222dest_path_image013.GIF" wi="373" he="65" />，<img file="473813dest_path_image014.GIF" wi="275" he="56" />；其中<img file="934881dest_path_image015.GIF" wi="43" he="37" />、<img file="286097dest_path_image016.GIF" wi="27" he="32" />分别为叶片的折算密度和剖面面积，<img file="527722dest_path_image017.GIF" wi="17" he="18" />为重力加速度，<img file="6108dest_path_image018.GIF" wi="32" he="31" />为叶片旋转方位角，<img file="384000dest_path_image019.GIF" wi="41" he="36" />为叶片重心坐标；（6）叶片所受离心力载荷的弯矩和扭矩计算公式如下：<img file="171696dest_path_image020.GIF" wi="235" he="50" />，<img file="635039dest_path_image021.GIF" wi="257" he="50" />；<img file="917115dest_path_image022.GIF" wi="291" he="50" />；其中，<img file="339394dest_path_image023.GIF" wi="67" he="35" />、<img file="111041dest_path_image024.GIF" wi="63" he="33" />为叶片<img file="999363dest_path_image025.GIF" wi="23" he="24" />剖面处重心；（7）步骤（3）、步骤（4）和步骤（5）中计算得到的弯矩扭矩是对应剖面坐标系，进一步的，把剖面内力转换到剖面形心位置坐标系，包括第一主轴<img file="881868dest_path_image026.GIF" wi="22" he="35" />和第二主轴<img file="421302dest_path_image027.GIF" wi="24" he="27" />，叶片弯曲正应力计算公式为：<img file="301534dest_path_image028.GIF" wi="67" he="54" />，<img file="739468dest_path_image029.GIF" wi="86" he="66" />；其中，M为弯矩I为对应<img file="612615dest_path_image030.GIF" wi="27" he="42" />轴，即第一主轴的惯性矩，<img file="819606dest_path_image031.GIF" wi="39" he="30" />表示截面离散点偏离轴的最大值；（8）每个叶片截面分为三部分：蒙皮、主梁帽和抗剪腹板；采用等代设计计算叶片铺层厚度，蒙皮采用双向布铺层，蒙皮双向布的铺设提供足够的剪切强度，计算公式为：<img file="870738dest_path_image032.GIF" wi="543" he="39" />；式中，<img file="795969dest_path_image033.GIF" wi="33" he="29" />为第<img file="207228dest_path_image034.GIF" wi="9" he="18" />个与第<img file="471987dest_path_image035.GIF" wi="43" he="27" />个腹板之间面板的宽度；<img file="490759dest_path_image036.GIF" wi="34" he="31" />为双向布单层厚度；<img file="87306dest_path_image037.GIF" wi="48" he="30" />为双向布单层铺设的最少层数；（9）主梁用单向布铺层，单向布铺层厚度可以按照强度准则计算，具体计算公式如下：<img file="115305dest_path_image038.GIF" wi="313" he="54" />；上式表明根据不同铺层厚度可以得到不同计算刚度，当不同铺层厚度代入上式计算得到的刚度能够满足最大应力需求时，叶片厚度则满足要求；（10）根据遗传算法，把叶片铺层厚度设为变量，按照上述步骤和顺序，计算剖面几何特性参数，剖面受力，叶片所受应力，最后根据强度准则得到满足条件的铺层厚度；在迭代计算叶片铺层厚度时，选取满足强度要求并且使叶片质量最小的铺层厚度作为输出结果。 |
