基于相变量的风力机叶片宏观拓扑优化设计

不同复合纤维布和软夹芯材料的空间布局将产生不同的叶片结构性能和质量,为最大程度发挥材料空间布局的设计潜力,提出基于相变量的叶片宏观拓扑优化方法。基于独立连续映射法,建立以单元伪密度为设计变量、强度为约束、质量最小为目标函数的叶片多相材料拓扑优化数学模型,以修正的满应力设计方法和关系映射反演原则相结合的算法进行求解,通过Abaqus-Python-Matlab联合平台实现优化。以1.5 MW叶片为例,得到复合纤维和软夹芯材料的优化空间布局,基于等代设计法调整不规则区域。结果表明:优化后叶片的强度满足要求且质量明显减小,验证了方法的有效性和可行性。