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风力机叶片腹板结构拓扑优化设计研究
Research on topology optimization design of wind turbine blade webs
- 机械强度 2025年 页码：1-11
- 作者机构：
1.上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200093
2.上海非碳基能源转换与利用研究院，上海 200240
- 作者简介：
范士杰，男，1998年生，河南汝州人，上海理工大学在读硕士研究生；主要研究方向为风力机结构设计研究；E-mail：sjfan0806@163.com。
- 基金信息：国家自然科学基金项目(52106262;52376204);上海市Ⅳ类高峰学科-能源科学与技术-上海非碳基能源转换与利用研究院建设项目
DOI：
中图分类号： TK83-
网络出版日期：2025-01-14，
收稿日期：2024-08-07，
修回日期：2024-08-19，
- 稿件说明：
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范士杰, 寿昊楠, 缪维跑, 等. 风力机叶片腹板结构拓扑优化设计研究[J/OL]. 机械强度, 2025,1-11.
FAN SHIJIE, SHOU HAONAN, MIAO WEIPAO, et al. Research on topology optimization design of wind turbine blade webs. [J/OL]. Journal of mechanical strength, 2025, 1-11.
摘要
目的
2
风力机叶片结构优化设计是增强性能、减轻质量和降低成本的重要方式之一。目前结构优化研究聚焦于叶片尺寸或铺层方案，叶片内部的整体构型相对固定，但亦在一定程度上限制了结构创新。
方法
2
因此，采用Abaqus软件拓扑优化模块，对叶片腹板结构进行优化设计寻求最优材料布局，以期获得新型叶片结构构型从而实现轻量化的目的。
结果
2
结果表明，优化后腹板质量降低约4.56%；叶片腹板拓扑优化未影响叶片整体质量分布及刚度分布，并保持良好抗振性能；优化后的腹板最大应力有所增大，但尚未超过材料最大允许应力；各阶屈曲因子均有所降低，这是由于对腹板减材减弱了其对叶片表面的支撑作用，但仍处于安全范围。
Abstract
Objective
2
Structural optimization of wind turbine blades is one of the most important ways to enhance performance
reduce mass and lower costs. Currently
the research on structural optimization focuses on the blade size or layup scheme
and the overall configuration inside the blade is relatively fixed
but it also limits the structural innovation to a certain extent.
Methods
2
Therefore
Abaqus softwave topology optimization module was adopted to optimize the design of the blade web structure to seek for the optimal material layout
to obtain a new blade structural configuration to achieve the purpose of lightweighting.
Results
2
The results show that the mass of the web plate is reduced by about 4.56% after optimization; the optimization of the blade web topology does not affect the overall mass distribution and stiffness distribution of the blade
and maintains good vibration resistance; the maximum stress of the optimized web plate increases
but it does not yet exceed the maximum permissible stress of the material; the flexure factor of each order decreases
which is due to the reduction of the material of the web plate to weaken the role of its support for the surface of the blade
but it still remains in the safe range.
关键词
风力机叶片腹板拓扑优化轻量化设计
Keywords
Wind turbine bladesWebsTopology optimizationLightweight design
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