复合材料风力机叶片铺层参数优化

考虑重力、离心力、气动力作用下的叶片结构性能变化,以5 MW风力机叶片为优化目标,基于经典层合板理论建立风力机叶片优化数学模型,将各层合板界面最大Von_Mises应力作为优化目标,最大叶尖位移作为优化约束,层合板纤维铺设角度作为优化变量,对比分析3种方案下的叶尖位移、最大应力、Tsai_Wu失效因子,确定最佳铺层方案。优化后叶尖位移、最大Von_Mises应力、Tsai_Wu失效因子明显降低,验证优化方法的有效性。

铺层参数对Fe/CFRP混合结构性能影响分析及优化

为研究满足轻量化、高阻尼使用要求的Fe/碳纤维增强聚合物(CFRP)混合结构机床构件,本文运用引入约束因子的变密度法对原型铸铁横梁进行了三维结构拓扑优化,对其铺设CFRP自由阻尼层以提高阻尼特性。基于响应面法建立了关键铺层参数对结构最大变形与阻尼损耗因子的回归方程,并对铺层参数与横梁性能进行分析,通过遗传算法对复合横梁铺层参数全局寻优。结果表明:铺层角度为46.03°、0°铺层铺设比例为25.39%、铺层顺序为C2时,Fe/CFRP混合结构横梁综合性能最优,其刚度基本保持不变,重量减轻35.7%,阻尼性能提升62.7%,试验结果与仿真结果一致。

铺层参数对风力机叶片静态结构性能的影响分析

复合材料风力机叶片的性能因铺层参数的变化而不同,为了优化铺层方案,探讨了铺层参数对风力机叶片静态结构性能的影响。以某1.5 MW风力机叶片距叶根1/3段为对象,建立其有限元模型,计算叶片在极限工况下各截面的载荷;分析该叶片铺层所采用的单、双、三轴向布的基本力学性能,得出可行替代方案。通过对不同铺层角度、铺层顺序和铺层比例的代表性铺层方案进行分析对比,初步得出叶片具有良好性能的铺放参数。在此基础上,优化原有设计方案,结果表明改进后叶片的失效因子和变形明显降低,验证了所得结论的正确性。

基于铺层参数的复合材料耐压壳协同优化设计

在给定的材料性能条件下,以耐压壳纤维体积分数和层合板厚度为设计变量,以结构质量最小为优化目标进行复合材料耐压壳的布局优化;以铺层参数作为优化变量,综合考虑结构的稳定性及其材料强度,实现了结构铺层方式的优化设计;通过协调各子系统优化结果,实现了适用于潜水器复合材料耐压壳结构/材料一体化的协同优化设计.结果表明:耐压壳结构质量较优化前的降幅为20.57%,临界失稳压力为30.78MPa,失效指数为0.675,优化结果达到预期效果.所提出的基于铺层参数的协同优化方法能够对复合材料耐压壳进行优化设计,解决了直接以铺层角作为设计变量的优化效率低的问题.

基于铺层参数的铺层方式与纤维分布协同优化的层合板最大刚度设计

纤维增强复合材料层合板的弹性性质依赖于单层板的纤维含量(体分比)以及铺层方式(总层数、各单层的厚度与铺设方向)。本文研究在给定材料用量条件下层合板的最大刚度设计问题,采用铺层参数作为铺层方式的描述参数、以铺层参数和单层板纤维含量体分比在层合板面内的分布的描述参数为设计变量,以层合板的柔顺性最小为目标,建立了铺层方式和纤维分布协同优化的层合板最大刚度设计问题的提法和求解方法,给出了具有最大刚度的层合板最优铺层方式和纤维含量的分布规律的设计实例。

铺层参数对碳纤维复合材料板的隔振性能影响研究

碳纤维复合材料铺层参数对其振动特性影响很大。以碳纤维复合材料板为研究对象,从理论上分析了碳纤维复合材料板在自由振动下的模态特性,并运用有限元模型分析了铺层参数(铺层角度,铺层厚度,铺层顺序)对碳纤维复合材料板隔振性能影响特点。结果表明,在单一铺层中,±45°的铺层隔振性能更好;铺层厚度对碳纤维复合材料板隔振性能影响不大;与循环铺层方式相比,对称铺层方式更有利于提升碳纤维复合材料板的隔振性能。

基于一阶响应面法的铺层参数对叶片性能的耦合影响分析

风力机叶片性能随铺层参数的不同而不同.本文依据一阶响应曲面设计原理,设计了铺层参数不同水平的方案.以整体结构性能最优为目标,铺层参数为自变量,叶片强度、刚度为响应变量,采用Minitab中的田口设计法进行试验设计,模拟了叶片的静态结构性能;经多元线性回归构建了铺层参数与Tsai-wu失效因子、最大位移之间的一阶数学模型,进行了显著性检验;分析了铺层参数对叶片性能的影响,验证了方法的可行性和有效性.

铺层参数对风力机叶片结构性能的影响分析

复合纤维风力机叶片铺层结构复杂,其性能随铺层角度、铺层顺序和铺层厚度的不同而变化。为了优化铺层方案,论文研究了铺层参数对复合纤维风力机叶片静态结构性能的影响。以某MW级风力机叶片叶中段0-2/3段为对象,建立其有限元模型;采用双因素变量法分析铺层参数对叶片的性能影响,即设计典型铺层方案,以铺层顺序为定量,同时改变铺层角度和各铺层角度的比例,得出叶片具有良好性能的铺放参数。优化原有设计方案,结果表明改进后叶片的最大失效因子及最大位移明显降低,验证了所得结论的正确性。

铺层参数对风力机叶片刚度的耦合影响分析

风力机叶片性能随铺层参数的不同而不同.本文结合工程实际,运用均匀试验设计法安排试验方案,结合有限元方法,采用多项式回归分析法,建立了以最大位移为因变量,铺层角度、±x°铺层厚度比例和铺层顺序为自变量的二次型数学模型,分析了铺层参数对叶片刚度的耦合影响;采用单因素均值法与交互项分析优化了铺层参数的取值域,为叶片铺层结构设计和优化提供了方法和技术支持.

铺层参数对复合材料叶片的振动特性影响研究

考虑复合材料的各向异性特征与铺层角度、厚度、顺序等因素,建立多层复合材料风扇叶片动力学模型。基于模态分析方法计算复合材料叶片自由振动的固有频率、振型,采用谐响应分析方法研究叶片的振动响应特性,利用Campbell图进行不同转速下的叶片固有特性分析。研究了复合材料大风扇叶片铺层参数对振动特性的影响,结果表明通过调整复合材料叶片的铺层厚度、角度、顺序,可以减少共振点并减小振幅,以达到减振的效果。

铺层参数对风力机叶片性能的多因素耦合影响分析

铺层参数对风力机叶片的结构性能存在耦合影响.以铺层参数为自变量、叶片刚强度为响应变量,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,分析了铺层参数对叶片性能的影响和多因素耦合影响,验证了方法的可行性和有效性.

基于综合决策模型的风力机叶片铺层参数优化

为使风力机叶片的强度和刚度综合性能较优,提出了一种基于综合决策模型的多目标优化方法.以某1.5MW叶片为例,应用试验设计法、有限元分析和多元非线性回归法,建立了铺层参数与叶片性能间的数学模型.采用因子分析法和最小二乘法计算各目标函数权重,构建了叶片多目标综合决策模型并进行求解,得到叶片优化的铺层参数.结果表明:优化后叶片的最大位移和Tsai-Wu失效因子均降低,性能提升.

铺层参数对风力机叶片性能的多对一耦合影响分析

铺层参数对风电叶片的性能存在耦合影响.采用响应面法设计试验方案,仿真了叶片的Tsai-Wu失效因子和最大位移;经多项式回归分别建立了铺层参数与强度、刚度的数学模型,检验了模型和方程系数的显著性.在分析铺层参数与叶片Tsai-Wu失效因子和最大位移响应曲面的基础上,探究了铺层参数对叶片性能的耦合影响,得到了优化的铺层参数取值域.

风力机叶片铺层参数多目标优化设计

叶片铺层设计为一个多参数、多目标的复杂耦合作用过程,其性能主要取决于铺层参数。通过推导正轴刚度不变量和弯扭刚度矩阵间的关系,构建层合板刚度等效模型与铺层顺序表征参数之间的数学关系,实现铺层顺序的量化;应用均匀试验设计、有限元分析和和多元非线性回归法,构建铺层参数和叶片性能间的耦合数学模型,分析单参数和两两参数对叶片刚强度的影响;为实现叶片刚强度的多目标优化,应用层次分析法计算各目标函数权重,建立叶片多目标优化数学模型;基于模拟退火算法进行求解,得到叶片综合性能最优的铺层参数组合为铺层角度45°、±x°铺层厚度比例为58%、铺层顺序为[±x°/0°/90°/±x°]TN。结果表明优化后叶片的最大位移和Tsai-wu失效因子分别降低了2.79%和5.87%,性能得以提高,验证所提出多目标优化方法的有效性和可行性。

复合纤维风力机叶片结构铺层优化设计研究

从工程角度出发,以某1.5 MW叶片为对象,以结构整体性能最优为目标,运用分级优化的策略,采用理论分析、有限元分析与结构优化相结合的方法,建立数学优化模型、目标函数和约束条件,对铺层角度、铺层厚度及铺层顺序分别进行优化,得到叶片的优化铺层方案。优化前后结构分析结果表明:优化后叶片的最大主应力和应变均明显减弱,结构性能显著增强。可验证优化方案和方法的正确性和有效性。

基于径向基神经网络的风力机叶片铺层优化

采用混合均匀试验设计法细化铺层参数,确定试验方案,仿真叶片的Tsai-Wu失效因子和最大位移;根据分析结果,构建具有预测能力的径向基神经网络模型,通过计算网络预测值与仿真分析值误差、均方差与均方根值,验证网络模型的可靠性;在完成训练的径向基神经网络中应用遗传算法,径向基神经网络预测值作为遗传算法的输入,对铺层角度、±x°铺层厚度比例和铺层顺序进行迭代求解,获得优化的铺层参数组合。实例表明:优化后叶片的刚度、强度得到改善,验证了方法的可行性和有效性。

考虑稳定性的复合材料加筋板结构快速化铺层优化设计

利用铺层参数和工程常用铺层库对复合材料加筋板的铺层顺序进行优化,在不改变结构重量的情况下提高结构的初始屈曲载荷。考虑到在优化过程中需进行稳定性分析计算,而频繁调用有限元计算时间较长,因此选取屈曲载荷计算值与试验值和有限元结果相近的基于能量法的复合材料加筋板稳定性快速分析方法。优化过程以铺层参数为设计变量,利用MATLAB优化工具箱实现铺层参数的优化;然后将优化结果与工程常用铺层库中各铺层的铺层参数进行对比,用最小二乘法选取相近的铺层顺序进行匹配;最后利用能量法和有限元方法验证优化后的加筋板屈曲载荷是否提高。算例表明,上述优化方法运算时间短、优化效率高,优化后的加筋板屈曲载荷提高了17%以上。

基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计

叶片性能直接关系到风电机组的服役寿命,铺层参数是决定叶片性能的关键因素之一。结构的刚度可由应变能的大小来反映,论文推导了复合材料壳体结构的应变能表达式。从工程角度出发,以某1.5 MW叶片为对象,采用分级优化策略,考虑叶片强度和质量特性,以结构应变能最小为目标函数,建立了叶片铺层参数的优化数学模型,通过求解得到了优化的铺层角度、整体铺层厚度分布和铺层顺序。结果表明:优化后叶片的质量降低,静态刚强度提高,验证了方法的有效性。

层间混杂铺层复合材料装甲抗侵彻性能研究

为探讨不同参数对层间混杂铺层靶板抗冲击性能的影响规律,通过实验验证数值模拟的可行性和数据的准确性,进而应用LS-DYNA软件展开不同铺层参数、不同冲击速度下,子弹侵彻玻璃纤维单向布和芳纶纤维单向布层间混杂靶板的有限元模拟。结果表明:45°/0°/-45°/90°铺设纤维层的靶板,其能量吸收值和弹道性能指数要高于0°/90°/0°/90°铺层的靶板;以玻璃纤维单向布作为着弹面,芳纶纤维单向布作为背弹面制作的靶板,其防弹效果优于单一纤维层铺设的靶板及其他层间混杂方式的靶板;冲击速度越大,靶板吸能越多,能量吸收率越低。

舰船复合材料轴振动能量传递特性研究

针对舰船复合材料传动轴减振机理尚不清晰的问题,文中构建了某舰船复合材料轴仿真模型,基于功率流法分析了复合材料轴振动能量传递特性,并在此基础上进一步探究了钢法兰-复合材料刚柔耦合界面匹配参数和轴段内复合材料铺层方式对振动能量传递的影响规律。最后通过复合材料传动轴模态试验和振动传递试验验证了仿真模型的准确性。结论如下:刚柔耦合界面对于振动能量抑制有着显著作用,其振动能量的传递随接触面积的增大而降低,而弹性模量比仅影响传动轴固有频率;随着铺层角度的减小及铺层数量的增加,复合材料轴段隔振性能逐渐增加。