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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 風(fēng)電機(jī)組葉片概述 1
1.1.1 葉片的結(jié)構(gòu)形式 1
1.1.2 葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 3
1.1.3 某1.5MW風(fēng)電機(jī)組葉片 4
1.1.4 葉片的載荷計(jì)算 11
1.2 復(fù)合材料層合板 19
1.2.1 復(fù)合材料層合板簡介 19
1.2.2 復(fù)合材料層合板的鋪層設(shè)計(jì)原則 20
1.2.3 復(fù)合材料層合板失效準(zhǔn)則 22
1.2.4 復(fù)合材料層合板標(biāo)記 23
1.2.5 經(jīng)典層合板理論 25
1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 32
1.3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ) 33
1.3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分類 41
1.3.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象 43
1.4 風(fēng)電機(jī)組葉片多相材料拓?fù)鋬?yōu)化 44
1.5 本章小結(jié) 46
參考文獻(xiàn) 46
第2章 鋪層參數(shù)對風(fēng)電機(jī)組葉片結(jié)構(gòu)性能的影響分析 50
2.1 響應(yīng)面法 50
2.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基本術(shù)語 50
2.1.2 響應(yīng)面法的基本原理 50
2.1.3 一階響應(yīng)面法 51
2.1.4 二階響應(yīng)面法 52
2.2 鋪層參數(shù)對風(fēng)電機(jī)組葉片結(jié)構(gòu)性能的耦合影響分析 56
2.2.1 鋪層參數(shù)與葉片結(jié)構(gòu)性能間數(shù)學(xué)模型的建立 56
2.2.2 鋪層參數(shù)對葉片結(jié)構(gòu)性能的耦合影響分析 60
2.3 鋪層參數(shù)對風(fēng)電機(jī)組葉片結(jié)構(gòu)性能影響的靈敏度分析 63
2.3.1 單鋪層參數(shù)對葉片結(jié)構(gòu)性能影響的區(qū)間靈敏度分析 63
2.3.2 多鋪層參數(shù)對葉片結(jié)構(gòu)性能影響的相對靈敏度分析 67
2.4 基于靈敏度分析的風(fēng)電機(jī)組葉片鋪層參數(shù)穩(wěn)定域劃分 73
2.4.1 鋪層參數(shù)穩(wěn)定域劃分方法 74
2.4.2 面向葉片強(qiáng)度的鋪層參數(shù)穩(wěn)定域劃分 75
2.4.3 面向葉片剛度的鋪層參數(shù)穩(wěn)定域劃分 78
2.4.4 葉片結(jié)構(gòu)性能較優(yōu)的鋪層參數(shù)綜合穩(wěn)定域 81
2.5 本章小結(jié) 82
參考文獻(xiàn) 83
第3章 多相材料拓?fù)鋬?yōu)化策略 85
3.1 基于剛度矩陣插值的多相材料拓?fù)鋬?yōu)化 85
3.1.1 基于本構(gòu)矩陣的材料插值 85
3.1.2 基于剛度矩陣的材料插值 88
3.1.3 基于剛度矩陣插值的多相材料拓?fù)鋬?yōu)化流程 90
3.1.4 數(shù)值算例 91
3.2 考慮分區(qū)策略的多相材料拓?fù)鋬?yōu)化 93
3.2.1 分區(qū)優(yōu)化 93
3.2.2 數(shù)值算例 95
3.3 離散變量量化方法 100
3.4 考慮隱式約束的復(fù)合材料層合板分區(qū)優(yōu)化方法 103
3.4.1 隱式約束 103
3.4.2 考慮隱式約束的復(fù)合材料層合板分區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì) 104
3.4.3 數(shù)值算例 106
3.5 提高優(yōu)化收斂速度和收斂率的措施 110
3.5.1 引入設(shè)計(jì)變量求和約束 110
3.5.2 引入價(jià)值函數(shù) 112
3.5.3 消除灰度問題的策略 113
3.6 本章小結(jié) 115
參考文獻(xiàn) 116
第4章 風(fēng)電機(jī)組葉片多相材料宏觀拓?fù)鋬?yōu)化方法及應(yīng)用 118
4.1 連續(xù)體結(jié)構(gòu)多相材料拓?fù)鋬?yōu)化方法 118
4.2 基于ICM方法的復(fù)合材料層合板多相材料宏觀拓?fù)鋬?yōu)化 127
4.2.1 過濾函數(shù)的選取 127
4.2.2 多相材料拓?fù)鋬?yōu)化的插值 128
4.2.3 基于ICM方法的多相材料宏觀拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型 129
4.2.4 結(jié)構(gòu)響應(yīng)量的靈敏度分析 131
4.2.5 數(shù)值算例 133
4.3 基于ICM方法的風(fēng)電機(jī)組葉片多相材料宏觀拓?fù)鋬?yōu)化 136
4.3.1 以強(qiáng)度為約束的葉片多相材料宏觀拓?fù)鋬?yōu)化 137
4.3.2 以位移為約束的葉片多相材料宏觀拓?fù)鋬?yōu)化 142
4.4 考慮密度變化率約束的葉片多相材料宏觀拓?fù)鋬?yōu)化 148
4.4.1 密度變化率約束 148
4.4.2 葉片多相材料宏觀拓?fù)鋬?yōu)化 155
4.5 本章小結(jié) 162
參考文獻(xiàn) 163
第5章 風(fēng)電機(jī)組葉片離散纖維細(xì)觀鋪角優(yōu)化方法及應(yīng)用 166
5.1 離散材料優(yōu)化方法 166
5.1.1 經(jīng)典離散材料優(yōu)化 167
5.1.2 離散材料優(yōu)化方法的拓展 170
5.2 序列梯度追趕法 176
5.2.1 SGC方法的核心思想與實(shí)現(xiàn)機(jī)制 176
5.2.2 優(yōu)化流程與算法實(shí)現(xiàn) 179
5.2.3 SGC方法的可行性測試 183
5.2.4 數(shù)值算例 185
5.3 二分插值優(yōu)化法 192
5.3.1 核心思想和實(shí)現(xiàn)機(jī)制 192
5.3.2 靈敏度分析 200
5.3.3 數(shù)值算例 202
5.4 風(fēng)電機(jī)組葉片離散纖維細(xì)觀鋪角優(yōu)化 209
5.4.1 葉片分區(qū)細(xì)觀纖維鋪角拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型和靈敏度分析 209
5.4.2 優(yōu)化流程和收斂準(zhǔn)則 211
5.4.3 距葉根三分之一段葉片的優(yōu)化結(jié)果及分析 213
5.4.4 全尺寸葉片的優(yōu)化結(jié)果及分析 221
5.5 本章小結(jié) 223
參考文獻(xiàn) 225
第6章 風(fēng)電機(jī)組葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用 229
6.1 復(fù)合材料層合板變剛度優(yōu)化設(shè)計(jì) 229
6.2 復(fù)合材料層合參數(shù) 230
6.2.1 層合參數(shù) 231
6.2.2 基于纖維鋪角的層合板剛度性能表征 232
6.2.3 基于層合參數(shù)的層合板剛度性能表征 232
6.2.4 層合參數(shù)可行域 236
6.3 基于層合參數(shù)的復(fù)合材料層合板連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設(shè)計(jì) 239
6.3.1 復(fù)合材料層合參數(shù)變剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 239
6.3.2 層合參數(shù)分布轉(zhuǎn)化為纖維鋪角分布的實(shí)現(xiàn)方法 243
6.3.3 數(shù)值算例驗(yàn)證 250
6.4 基于層合參數(shù)的風(fēng)電機(jī)組葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設(shè)計(jì) 262
6.4.1 基于層合參數(shù)的葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 262
6.4.2 基于層合參數(shù)的葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化實(shí)現(xiàn)流程 262
6.4.3 基于層合參數(shù)的距葉根三分之一段葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設(shè)計(jì) 264
6.4.4 基于層合參數(shù)的全尺寸葉片連續(xù)纖維鋪角變剛度優(yōu)化設(shè)計(jì) 268
6.5 本章小結(jié) 270
參考文獻(xiàn) 271
第7章 風(fēng)電機(jī)組葉片纖維鋪角與鋪層厚度協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用 274
7.1 引言 274
7.2 纖維鋪角與鋪層厚度協(xié)同優(yōu)化 274
7.2.1 問題描述 274
7.2.2 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 277
7.2.3 靈敏度分析 278
7.3 鋪層厚度連續(xù)化 281
7.3.1 厚度過濾技術(shù) 281
7.3.2 厚度過濾驗(yàn)證 283
7.4 優(yōu)化流程 286
7.5 協(xié)同優(yōu)化數(shù)值算例 287
7.5.1 L型支架協(xié)同優(yōu)化 287
7.5.2 固端梁協(xié)同優(yōu)化 288
7.5.3 圓柱殼協(xié)同優(yōu)化 290
7.6 風(fēng)電機(jī)組全尺寸葉片纖維鋪角與鋪層厚度協(xié)同優(yōu)化 292
7.7 本章小結(jié) 295
參考文獻(xiàn) 295