天然纤维混杂增强复合材料（PxGyEz）风力发电机叶片开发的多目标优化与建模——基于灰色关联分析和回归分析

摘要整理

随着清洁可持续能源需求的增加，风力发电机技术在输出功率方面取得显著进展，其功率与叶片尺寸（长度）成正比。制约该技术发展的主要因素是缺乏具有高强度和低密度的适用材料来支撑更长跨度的风力叶片。虽然已有关于风力叶片替代材料的研究，但将灰色关联分析应用于天然纤维增强复合材料优化的研究鲜见。菠萝叶纤维具有优异的力学性能和低密度特性，但作为增强体的应用尚未得到充分重视。本研究旨在开发更环保的材料用于风力发电机叶片制造。研制了PxGyEz天然纤维/合成纤维聚合物复合材料，基于风力叶片材料选择的主要指标（高拉伸强度、高弯曲强度和低密度）进行了优化。采用灰色关联分析与田口稳健优化技术进行优化，通过统计分析确定了各变量参数（菠萝叶纤维体积分数、玻璃纤维体积分数和纤维长度）对灰色关联度的贡献率。最优材料为P10G20E15，灰色关联度为0.7977，拉伸强度95.3144 MPa，弯曲强度92.818 MPa，密度1.3274 g/cm³。扫描电镜分析揭示了微观结构特征，解释了优化混杂复合材料的力学和物理性能。采用优化材料P10G20E15进行的NREL 5 MW风力叶片仿真验证了其服役可靠性，重量减少64%。

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