[发明专利]一种复合纤维风力机叶片分区细观铺层参数优化方法

权利要求书

1.一种复合纤维风力机叶片分区细观铺层参数优化方法，其特征在于，在改进离散材料优化方法的基础上，基于固体各向同性材料惩罚材料插值方法，建立相应优化模型，应用序列二次规划优化算法求解优化模型，得到复合纤维风力机叶片的分区细观优化铺层方案，以实现复合纤维风力机叶片性能的提升；

具体包括以下步骤：

S1、建立复合纤维风力机叶片的有限元模型；

S2、在步骤S1的基础上，将复合纤维风力机叶片分区、编码，得到各区域的单元、结点、边界条件模型信息和刚度矩阵；

S3、在步骤S2的基础上，基于SIMP材料插值方法，建立复合纤维风力机叶片分区细观铺层参数优化数学模型；

S4、在步骤S3的基础上，对复合纤维风力机叶片分区细观铺层参数优化模型进行灵敏度分析，得到复合纤维风力机叶片灵敏度表达式；

S5、在步骤S4的基础上，应用结构位移分析方法和SQP算法进行设计变量的求解和更新迭代，直至结果收敛；

S6、在步骤S5的基础上，得到优化后的复合纤维风力机叶片铺层方案；

步骤S3所述的复合纤维风力机叶片分区细观铺层参数优化数学模型如下所示；

Find:X＝{x_i,j,m},i∈N^p,j∈N^m,m∈N^l

Obj.:Min C＝U^TKU

S.t.:K(x_i,j,m)U＝F

0≤x_i,j,m≤1

其中，X代表叶片的设计变量列阵，x_i,j,m代表设计变量，i代表区域，j代表备选材料，m代表层，N^p代表复合纤维风力机叶片区域集合数，N^m代表复合纤维风力机叶片材料选择数，N^l代表复合纤维风力机叶片总层数，α代表惩罚指数，C代表复合纤维风力机叶片柔顺度，U代表复合纤维风力机叶片的结点位移列阵，K代表复合纤维风力机叶片总体刚度矩阵；约束条件K(x_i,j,m)U＝F代表复合纤维风力机叶片的结构静力学分析表达式；代表复合纤维风力机叶片总刚度矩阵的组装；K_ijm代表区域中备选材料的刚度矩阵；K_other代表复合纤维风力机叶片非优化区域刚度矩阵，是复合纤维风力机叶片主梁、叶根、腹板刚度矩阵的集合；0≤x_i,j,m≤1为设计变量的取值界限；为设计变量的求和约束。

2.如权利要求1所述的一种复合纤维风力机叶片分区细观铺层参数优化方法，其特征在于，步骤S2所述的分区、编码方式为：将复合纤维风力机叶片每层铺层划分为80个设计区域，沿叶片伸展方向分为8段，沿叶片环向分为10段。

3.如权利要求1所述的一种复合纤维风力机叶片分区细观铺层参数优化方法，其特征在于，步骤S4所述的复合纤维风力机叶片灵敏度表达式为：

其中，C代表复合纤维风力机叶片柔顺度，x_i,j,m代表设计变量，U代表复合纤维风力机叶片的结点位移列阵，U^T代表复合纤维风力机叶片的结点位移列阵的转置，K代表复合纤维风力机叶片总体刚度矩阵；K_ijm代表区域中备选材料的刚度矩阵；α代表惩罚指数，U_i代表第i个区域的位移向量，代表第i个区域的位移转置向量。