[发明专利]风力机叶片主梁铺层优化设计方法

权利要求书

1.风力机叶片主梁铺层优化设计方法，其特征在于，其步骤为：

（1）叶片气动外形参数确定，叶片主梁为盒型主梁，叶片剖面为主梁加蒙皮结构形式，叶片沿展向离散化得到n个横截面，每个剖面面积分为三部分蒙皮面积A₁、主梁帽面积A₂和抗剪腹板面积A₃，整个剖面的面积为A=A₁+A₂+A₃；

（2）根据步骤（1）中蒙皮面积计算剖面积矩公式如下：

、；

进一步的，剖面形心等于：，；

叶片剖面惯性矩等于、、，通过坐标转化就能得到主轴坐标下惯性矩；

（3）计算叶片载荷及内力，正常工作状态下，叶片受到气动力、离心力和自身重力；

（4）根据步骤（2）中计算得到的剖面几何特性参数可计算气动力弯矩和扭矩，公式如下：

，；

；

式中，叶片气动中心，为叶片剖面扭转中心；

（5）叶片所受重力载荷的弯矩和扭矩可按如下公式计算：

，

；

其中、分别为叶片的折算密度和剖面面积，为重力加速度，为叶片旋转方位角，为叶片重心坐标；

（6）叶片所受离心力载荷的弯矩和扭矩计算公式如下：

，；

；

其中，、为叶片剖面处重心；

（7）步骤（3）、步骤（4）和步骤（5）中计算得到的弯矩扭矩是对应剖面坐标系，进一步的，把剖面内力转换到剖面形心位置坐标系，包括第一主轴和第二主轴，叶片弯曲正应力计算公式为：

，；

其中，M为弯矩I为对应轴，即第一主轴的惯性矩，表示截面离散点偏离轴的最大值；

（8）每个叶片截面分为三部分：蒙皮、主梁帽和抗剪腹板；采用等代设计计算叶片铺层厚度，蒙皮采用双向布铺层，蒙皮双向布的铺设提供足够的剪切强度，计算公式为：

；

式中，为第个与第个腹板之间面板的宽度；为双向布单层厚度；为双向布单层铺设的最少层数；

（9）主梁用单向布铺层，单向布铺层厚度可以按照强度准则计算，具体计算公式如下：

；

上式表明根据不同铺层厚度可以得到不同计算刚度，当不同铺层厚度代入上式计算得到的刚度能够满足最大应力需求时，叶片厚度则满足要求；

（10）根据遗传算法，把叶片铺层厚度设为变量，按照上述步骤和顺序，计算剖面几何特性参数，剖面受力，叶片所受应力，最后根据强度准则得到满足条件的铺层厚度；

在迭代计算叶片铺层厚度时，选取满足强度要求并且使叶片质量最小的铺层厚度作为输出结果。