大型风力发电机组轮毂的强度分析及结构优化设计
轮毂是风力发电机组中连接叶片与主轴的关键部件，其结构形状复杂，同时承受着异常复杂的交变载荷条件，因此风机系统中对轮毂的强度及寿命要求极为严格。 在辽宁省科技创新重大专项项目“5MW及以上大功率风力发电机组配套轴承”(NO.201303006)的支持下，对某公司2MW风力发电机组轮毂结构进行强度分析校核和结构优化设计。借助有限元分析方法完成轮毂原结构强度的分析及校核;利用拓扑优化技术对轮毂结构的概念模型进行设计;基于响应曲面法对轮毂概念模型进行尺寸优化设计，得到轮毂壁厚最优的新结构方案，并对轮毂新结构方案和原结构方案进行性能分析与对比。主要工作和研究内容如下: (1)应用有限元法，对轮毂原结构静强度及疲劳寿命进行分析与校核。建立了整体结构的有限元分析模型，并建立边界条件的等效模型;最后完成强度分析、校核工作，结果表明轮毂结构满足强度要求，同时其结构具有一定的优化空间，可对其进行结构优化设计。 (2)采用拓扑优化方法，针对两种不同的拓扑优化目标，得到轮毂结构的概念模型设计方案。构建轮毂拓扑优化模型，并建立边界条件的等效模型;针对不同优化目标下的设计方案，基于拓扑结果密度云图，完成轮毂结构的概念模型设计。 (3)基于响应曲面法，对轮毂概念模型作尺度优化设计以及性能分析。建立轮毂结构参数多目标优化方案，优化得到轮毂的新结构模型，并对新结构方案作性能分析，且与轮毂原结构进行性能对比。 结果表明，轮毂新结构满足极限强度要求及疲劳寿命要求，疲劳寿命为29年，同时质量减轻了9.5％，达到了轮毂轻量化的目的，材料得到了更充分的利用，轮毂的新结构模型可以进行工程实践验证。
风力发电机组;轮毂;力学强度;结构优化
大连理工大学
硕士
机械电子工程
王德伦
2016
中文
TM315;TM303.5
89
2016-11-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）