考虑螺栓疲劳损伤约束的法兰轻量化设计方法

为实现某大型水平轴风电机组塔筒螺栓的抗疲劳设计和法兰的轻量化设计,基于Schmidt-Neuper模型建立外界拉力与螺栓应力的非线性关系。由时序载荷线性插值计算得到螺栓时序应力,并根据雨流计数和Miner线性累积损伤理论,计算得到螺栓累积损伤分布。在此基础上,考察螺栓中心线圆周分布直径、法兰内径和法兰厚度对螺栓最大累积损伤的影响。以法兰总重最小化为目标,螺栓疲劳损伤为约束,建立法兰结构优化模型并进行优化求解。结果表明,所提方法能在保证螺栓疲劳强度的前提下,实现法兰系统的轻量化设计。

基于拓扑优化的四旋翼无人机结构设计

为实现某四旋翼无人机的轻量化结构设计,采用Inspire进行拓扑优化设计,并对获得的拓扑优化结构进行静力分析和动力学分析。分析结果表明,通过拓扑优化方法获得的无人机结构应力分布合理,结构位移小且频率较高,满足静态和动态结构设计要求。研究结果可为实现低成本、轻量化的四旋翼无人机结构设计提供一条新的途径。

塔筒法兰翘曲对螺栓疲劳的影响

为提高风电机组塔筒螺栓的抗疲劳性能,采用有限元法建立螺栓轴力计算模型,并对包含翘曲缺陷法兰螺栓的疲劳特性开展研究。计算结果表明:塔壁受拉和受压时螺栓轴力具有非对称的特性,螺栓轴力因翘曲恶化的区域仅集中于翘曲中心。分别采用螺栓轴力恶化最严重的螺栓的轴力与塔壁拉力之间的关系和Schmidt-Neuper方法计算的螺栓轴力与塔壁拉力之间的关系,计算螺栓疲劳损伤雷达分布图,发现采用Schmidt-Neuper方法计算螺栓疲劳损伤时相对高估了主风方向背面螺栓的疲劳损伤。通过计算翘曲位于不同位置时螺栓的疲劳损伤雷达分布图,发现仅在翘曲位于主风方向附近时,螺栓的疲劳损伤才会剧烈恶化,因此应避免法兰翘曲位于主风方向附近,以降低螺栓的疲劳损伤。

考虑承载面最大位移约束的结构拓扑优化方法

在实际工程问题中,存在着一类承受分布力载荷作用的工程结构。为了实现此类结构的刚度设计要求,提出限制承载面变形的拓扑优化设计新模型。模型采用KS包络函数对承载面节点位移进行凝聚化处理,并推导了相应的伴随方程和敏度表达式。遵循独立连续映射法建模方式,采用一阶和二阶泰勒展开分别得到约束函数和目标函数的显式表达式。由此将优化问题转换为一系列标准二次规划子问题,采用序列二次规划算法进行高效、稳健求解。通过二维、三维数值算例验证了提出模型的可行性和有效性。结果表明,所提出的列式和相应的优化求解算法能有效控制结构局部区域的最大变形量。