【摘 要】
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近年来清洁能源产业得到了迅猛发展,风电行业逐渐发展为海陆并存的状态,风力发电机组容量不断扩容,相关企业面临新科技迭代的冲击,与此同时,原有风电叶片模具钢架结构的设计方式较为落后,设计冗余率较大。为降低叶片模具钢架的结构质量,并减少成本的目的,研究采用ANSYS软件对叶片模具钢架进行有限元模型和数据分析,并通过TOPSIS和近似模型方法对叶片模具钢架进行轻量化设计,最后通过ANSYS ACT对叶片模
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近年来清洁能源产业得到了迅猛发展,风电行业逐渐发展为海陆并存的状态,风力发电机组容量不断扩容,相关企业面临新科技迭代的冲击,与此同时,原有风电叶片模具钢架结构的设计方式较为落后,设计冗余率较大。为降低叶片模具钢架的结构质量,并减少成本的目的,研究采用ANSYS软件对叶片模具钢架进行有限元模型和数据分析,并通过TOPSIS和近似模型方法对叶片模具钢架进行轻量化设计,最后通过ANSYS ACT对叶片模具钢架仿真优化插件进行开发,从而完成对叶片模具钢架的构建、分析、优化、数据输出等工作,为叶片模具钢架的设计与仿真优化提供了参考。主要完成了以下三方面的工作:（1）在ANSYS软件中进行模型的有限元前处理,然后对叶片模具钢架以每隔45度进行静态分析,获取每个翻转角度下的最大等效应力和变形,分析其强度和刚度,确定叶片模具钢架的最危险的翻转角度,后续轻量化设计在此角度下展开。对叶片模具钢架进行模态分析,得到前6阶自由模态频率值和振型。结果表明叶片模具钢架不会与外界激励源共振。（2）根据叶片模具钢架静力学分析结果进行优化,提出一种基于近似模型的叶片模具钢架轻量化方法。采用TOPSIS方法,设计变量选择对叶片模具钢架性能影响最大的变量,并以设计强度、刚度为约束条件,以结构质量为优化目标建立的数学函数,采集样本点建立近似模型,再根据MOGA算法进行轻量化设计,叶片模具钢架经过优化后,在满足设计要求的前提下,模具质量降低约18%。（3）通过ANSYS ACT进行界面开发和仿真流程开发,从而开发出叶片模具钢架仿真优化插件,可实现叶片模具钢架三维模型参数化创建,并通过插件用户界面实现有限元分析和优化设计。通过使用CAE技术进行叶片模具钢架的动静态分析,避免传统方法误差大的缺陷。其次,针对结果开展轻量化设计,可以降低叶片模具钢架自重,节省材料。最后,开发叶片模具钢架仿真优化插件,实现叶片模具钢架的仿真分析和优化设计。同时,本课题的CAE仿真技术、轻量化方法和插件开发流程可以应用到其他工程机械等领域,为其他工程领域提供参考。
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