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叶片作为风力机捕风的关键部件,受力异常复杂,其结构刚强度及稳定性是决定风力机组正常运行的关键。铺层参数决定叶片的结构性能,并且相互之间存在耦合作用。论文采用响应面法研究了铺层参数对风力机叶片性能的耦合影响,以获得使叶片性能达到最优的铺层参数优化组合,并进行应用验证。在阐述叶片结构铺层优化设计国内外研究现状的基础上,确定了论文的主要研究内容和所采用的技术路线。以铺层角度、0°铺层厚度比例和铺层顺序为自变量,叶片强度指标—Tsai-wu失效因子和刚度指标—最大位移U为响应变量。依据一阶响应曲面设计原理,采用Minitab中的田口设计法设计试验方案,分析了叶片静强度和刚度;经多元线性回归分析分别建立了铺层参数与Tsai-wu失效因子、最大位移U间的映射关系,并进行了回归方程、各因素回归系数的显著性检验;结果表明:铺层参数对叶片强度、刚度的显著性影响大小均为:0°铺层厚度比例>铺层角度>铺层顺序,并且随着铺层角度及0°铺层厚度比例的增大,强度、刚度均提高。通过直观分析、方差分析、坐标分析得出了叶片性能较优的初步铺层参数取值区域。依据一阶响应曲面设计所得铺层参数的取值范围,依据二阶响应曲面设计原理,重新构建了铺层参数各自不同水平方案。采用Design-Expert 8.0中Box-Behnken试验设计方法进行试验设计,仿真分析了叶片静强度和刚度;经多元线性回归分析分别建立了铺层参数与Tsai-wu失效因子、最大位移U间的二阶耦合映射关系,并对数学模型及各铺层参数系数进行了显著性检验;分析了单一铺层参数和铺层参数两两交互作用对叶片结构性能的影响,获得了叶片性能优化的铺层参数取值。结果表明:铺层参数对叶片强度、刚度的影响显著大小均为:0°铺层厚度比例>铺层角度>铺层顺序,铺层角度与0°铺层厚度比例之间的交互作用对强度有显著性耦合影响,其余交互项均对强度刚度没有明显耦合影响。最终优化可知:铺层角度为46°、0°铺层厚度比例为28%和铺层顺序为C1,叶片静态结构强度最优;铺层角度为44°、0°铺层厚度比例为20%和铺层顺序为C3,叶片静态结构刚度最优。通过分析铺层参数对叶片结构性能的耦合影响,为解决如何设计和实现纤维铺层,使叶片性能达到最优的问题提供了必要的参考价值。