[发明专利]一种模块单元化叶片设计方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明提供一种模块单元化叶片设计方法、装置、设备及存储介质，通过基于叶素动量理论和功率设计空间，结合叶片的气动性能和叶片模具成本，将叶片设计为气动基础模块，然后基于初始载荷结果，采用有限元算法对叶片关键部件沿叶片展向的静态纤维失效系数分布进行评估分析，从而将叶片设计细分为气动基础模块和关键部件，并且气动基础模块和关键部件的各个单元可单独预制成型，打破现有风电叶片一体灌注成型技术壁垒，实现叶片的标准化流程作业，缩短叶片的开发周期，并满足叶片产品的集成化和降本增效要求。

技术领域

本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种模块单元化叶片设计方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

目前，风电叶片行业为密集型劳动行业，产品制造过程主要以手工操作为主，风电叶片制造主要原材料是玻璃钢复合材料，需要经过铺层、真空灌注等复杂工序最终成型，与传统金属机加工行业相比，缺少标准自动化流程，存在设计周期长、市场响应慢、生产效率低、质量不稳定、材料浪费严重、成本逐年增加等问题。

随着风电平价时代的到来，将对整个风电产业链的成本控制提出更高的要求，叶片作为风机捕获风能的关键零部件，在保证叶片可靠性的前提下，如何缩短叶片的开发周期和降低叶片成本迫在眉睫。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种模块单元化叶片设计方法、装置、设备及存储介质。

一种模块单元化叶片设计方法，所述方法包括：基于叶素动量理论和功率设计空间，结合叶片的气动性能和叶片模具成本，确定叶片的气动基础模块，所述气动基础模块包括气动叶根单元、气动叶身单元和气动叶尖单元；基于所述气动基础模块，计算初始载荷结果；基于所述初始载荷结果，根据有限元算法对叶片关键部件沿叶片展向的静态纤维失效系数分布进行评估分析，将叶片关键部件各个单元的应变控制在预设水平内，所述叶片关键部件至少包括叶根单元、主梁单元、后缘梁单元和腹板单元；结合预设要求，对应变控制后的叶片关键部件中的各个单元，以及气动基础模块中的各个单元进行校核分析，得到目标叶片关键部件和目标气动基础模块；根据所述目标叶片关键部件和所述目标气动基础模块，完成目标叶片设计。

在其中一个实施例中，所述基于叶素动量理论和功率设计空间，结合叶片的气动性能和叶片模具成本，确定叶片的气动基础模块，所述气动基础模块包括气动叶根单元、气动叶身单元和气动叶尖单元，具体为：基于叶素动量理论和功率设计空间，将叶片年发电量和气动载荷作为优化目标；采用风电叶片气动设计软件，对叶片的气动外形进行优化设计和仿真模拟，并综结合叶片模具成本，确定气动基础模块；所述气动基础模块包括气动叶根模块单元、气动叶身模块单元和气动叶尖模块单元。

在其中一个实施例中，所述基于所述初始载荷结果，根据有限元算法对叶片关键部件沿叶片展向的静态纤维失效系数分布进行评估分析，将叶片关键部件各个单元的应变控制在预设水平内，所述叶片关键部件至少包括叶根单元、主梁单元、后缘梁单元和腹板单元，具体为：基于所述初始载荷结果，确定优化变量，并设置叶片模型边界约束条件；在有限元分析软件中，采用参数化设计语言程序对叶片进行自动建模；采用参数化设计语言程序自动提取叶片关键部件中各个单元的应变计算结果，所述叶片关键部件至少包括叶根单元、主梁单元、后缘梁单元和腹板单元；将叶片关键部件中各个单元的应变控制在预设水平内。

在其中一个实施例中，所述将叶片关键部件中各个单元的应变控制在预设水平内之后，还包括：结合Puck复合材料纤维失效准则，进行失效判定，同时限制腹板单元的屈曲稳定性系数。