应用/结构英文2025被引 2
多约束条件下复合材料风力机叶片的结构拓扑优化
Structural Topology Optimisation of a Composite Wind Turbine Blade Under Various Constraints
Mohamed Noufel Ajmal Khan, Mertol Tüfekci · School of Physics, Engineering and Computer Science, College Lane Campus, University of Hertfordshire, Hatfield AL10 9AB, UK
摘要整理
本研究针对复合材料风力机叶片进行拓扑优化，目标是在静态和动态约束条件下改善其结构性能。采用两种不同的优化策略——基于静态变形限制和模态频率增强——以实现质量减轻，同时保持或改善力学性能。优化过程包含前十阶固有频率的模态特征分析和详细的静应力分析。结果表明，优化后的设计使叶片基频显著提高，从2.32 Hz增至2.99 Hz，整体质量相比原始构型降低约49%，从4.55×10⁵ kg减少至约2.34×10⁵ kg。优化后的几何结构具有更好的刚度和更均匀的应力分布，特别是在挥舞弯曲和扭转模态中表现突出。高阶扭转频率与典型激励源保持良好分离，有效降低共振风险。研究结果表明约束驱动的拓扑优化在提升风力机叶片结构性能和降低材料用量方面具有显著效果。
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