[发明专利]风力发电机组主机架的拓扑优化设计方法

说明书

本发明公开了一种风力发电机组主机架的拓扑优化设计方法，首先，根据风力发电机组主机架的功能需求模块和组成构件构建主机架的拓扑优化模型，将涉及变量区域完全填充并设置冻结区域，并将拓扑优化模型导入拓扑优化软件中对主机架的设计变量区域进行拓扑优化。然后，根据拓扑优化结果重构主机架的结构模型，并根据主机架的装配工艺需求和制造工艺需求，构建主机架的二次拓扑优化模型，并将二次拓扑优化模型导入拓扑优化软件中继续进行拓扑优化。最后，通过有限元方法验证在疲劳工况和极限工况下二次拓扑的优化结果是否满足设计要求，如果满足要求，则得到主机架的优化结构，反之，则需要调整拓扑优化参数，重新进行拓扑优化。

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计优化、验证或模拟技术领域，具体涉及一种风力发电机组主机架的拓扑优化设计方法。

背景技术

风力发电机组的主机架给主轴部件、齿轮箱、发电机、风轮系统、偏航系统、润滑系统等提供支撑，且在工作过程中其受力情况比较复杂。因此主机架的结构设计时需要保证其强度、刚度、稳定性。目前，我国风电产业实现稳步发展，正逐步由竞价迈向平价时代，主机架的成本控制要求较高，需要在满足主机架使用要求的情况下，使其设计生产制造成本降到最低，这对主机架设计提出更高要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种风力发电机组主机架的拓扑优化设计方法，可以缩短设计周期，降低设计生产制造总成本。

具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种风力发电机组主机架的拓扑优化设计方法，包括：

建立主机架的拓扑优化模型，并对拓扑优化模型的设计变量区域进行拓扑优化；

基于拓扑优化结果，根据制造工艺需求和装配工艺需求建立主机架的二次拓扑优化模型，并对二次拓扑优化模型的设计变量区域进行拓扑优化；

通过有限元分析方法验证二次拓扑优化模型在极限工况和疲劳工况是否满足设计要求，当不满足设计要求时，重新进行拓扑优化设计。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述建立主机架的拓扑优化模型包括：

构建风力发电机组的有限元模型，得到所述主机架的拓扑优化模型；

通过有限元分析验证所述拓扑优化模型的可行性，若验证未通过，则重新建立所述拓扑优化模型。

结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第二种可实现方式中，所述构建风力发电机组的有限元模型包括：

根据风力发电机组主机架的功能需求模块建立所述主机架的前期拓扑模型；

基于前期拓扑模型，根据风力发电机组组成构件，采用完全建模方法构建所述风力发电机组的结构模型；

对所述结构模型的部分部件进行简化或去除处理，得到简化模型；

对简化模型进行网格划分，得到所述风力发电机组的有限元模型。

结合第一方面，在第一方面的第三种可实现方式中，定义应变能最小化为拓扑优化的目标函数，定义主机架体积为原模型体积的10％～30％为拓扑优化的第一约束条件，定义主机架左右对称为拓扑优化的第二约束条件，定义所述设计变量区域为设计变量。

结合第一方面，在第一方面的第四种可实现方式中，根据GL标准或者IEC标准确定所述主机架的极限工况作为拓扑优化的载荷工况。

结合第一方面，在第一方面的第五种可实现方式中，所述基于拓扑优化结果，根据制造工艺需求和装配工艺需求建立主机架的二次拓扑优化模型，包括：

将通过拓扑优化得到的主机架的节点单元模型转化为边界连续实体模型；

根据边界连续实体模型构建所述主机架的初步结构模型；