考虑振动固有频率和全局稳定性的复合材料风力机叶片多目标结构优化

摘要整理

风力机叶片的共振和全局稳定性是其优化设计中的关键考虑因素。本文以NREL 5 MW风力机叶片外形为基础，对碳纤维增强复合材料叶片进行了多目标结构优化设计。建立了四个多目标优化问题，目标函数分别为叶片质量、叶片尖端最大位移、振动固有频率和临界载荷因子。设计变量包括铺层数、材料类型和纤维取向角。设计约束条件为材料安全系数、叶片允许尖端位移和最小载荷因子。采用执行器线理论确定叶片所受载荷，利用Femap软件建立参数化有限元模型进行离散化处理。采用NSGA-II多目标进化算法求解多目标优化问题，获得Pareto最优前沿。通过性能指标评估非支配解的分布特性，采用多准则决策方法根据决策者偏好从Pareto前沿中提取最优方案。对每个提取的优化方案，给出了目标函数值、设计变量和约束条件的具体数值。本研究为风力机叶片的多目标优化设计和结构设计提供了参考方法。

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