铺层参数对风力机叶片性能影响的敏感度分析
作者单位：内蒙古工业大学
学位级别：硕士
导师姓名：孙鹏文;张国斌
授予年度：2018年
学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学]
摘 要：作为风电机组获取风能的关键部件,叶片在实际运转过程中受多种复杂载荷作用,其结构性能及稳定性是影响风电机组正常工作的重要因素。叶片性能随铺层参数的不同而不同,合理的铺层参数组合有助于提高叶片的性能。为此,论文开展铺层参数对叶片性能的影响及敏感度分析研究,以获得优化的铺层参数组合。论文完成的主要工作有:阐述了复合纤维层合板基础知识、敏感度分析、二次回归通用旋转组合设计以及叶片的结构,建立了叶片的有限元分析模型,确定了论文的研究内容和技术路线。以铺层角度和双轴向布铺层厚度比例为自变量,Tsai-Wu失效因子和最大位移为衡量叶片强度和刚度的指标,研究了铺层参数对叶片性能的单因素影响和敏感度。依据工程实际,确定了铺层角度、双轴向布铺层厚度比例和铺层顺序的试验方案,分析了叶片的静态强度和刚度;采用一元二次多项式回归分析法,分别建立了铺层角度、双轴向布铺层厚度比例与叶片静强度和静刚度之间的数学模型,运用方差分析对回归方程进行了显著性检验;对比分析了三轴向布层数、三/双轴向布相对位置变化对叶片性能的影响,得到了铺层参数的较优值。基于单因素敏感度分析原理得出了铺层角度和双轴向布铺层厚度比例对叶片性能影响的敏感度函数、敏感度大小和敏感度规律。在此基础上,探究了铺层参数对叶片性能的多因素耦合影响及敏感度。基于二次通用旋转组合设计法设计了试验方案,结合方差分析等分别构建了Tsai-Wu失效因子和最大位移关于铺层参数的显著性回归模型,分析获得了不同铺层参数及铺层参数间耦合作用对叶片性能的影响。采用偏回归系数绝对值比较法和极差法得出了不同铺层参数对叶片性能影响的敏感度大小。实例表明:优化后叶片的性能得到改善,验证了方法的可行性和有效性。论文研究成果为大型复合纤维风力机叶片的结构铺层设计和优化提供了参考依据。
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