CN108595732A - 一种结构化参数可调的风电机组轮毂设计的方法 - Google Patents

一种结构化参数可调的风电机组轮毂设计的方法 Download PDF

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邓英
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Abstract

本发明公布了一种轮毂结构及参数可调的结构设计。其结构如图1所示，其轮毂结构可由结构化参数A~V进行调整。设计本结构的方法包括4个步骤，1、设计部件参数化尺寸三维图形；2、部件设计分析和计算的有限元网格剖分；3、根据计算结果，进行全尺寸和总体结构的设计优化；4、根据确认的部件的基本尺寸和计算结果，进行工程加工制造图设计和制造工艺要求。最后设计员完成设计报告和工程图纸。本发明大大简化了风力发电机组风轮轮毂部件设计难度，减少设计时间成本，简化部件的设计校合和3d建模，使有限元的分析计算变得简洁快速，进一步推动了发力发电的发展。

Description

一种结构化参数可调的风电机组轮毂设计的方法
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种风力发电机组零部件设计的方法。
背景技术
风力发电机组的结构设计主要根据总体技术的要求，完成对所有零部件的几何尺寸的计算、分析、校合，从而最终确定部件的结构尺寸；通常根据风力发电机组的等级确定极限载荷和安全系数，这个过程是需要反复验算与校合，最后寻优得到合适的结构尺寸。通常这个过程需要很长的时间，设计人员要经过2年以上的大型软件学习应用经验，即使熟悉使用通用ANSNY软件的人员,完成这个设计过程也要2年多，为此我们发明了结构化参数可调的风电机组轮毂设计的方法，用于风电机组主要轮毂的结构尺寸设计和有限元计算分析，简化部件的设计校合和3d建模，使有限元的分析计算变得简洁快速，利用此方法设计的轮毂部件重量轻，为轮毂结构设计计算、分析和校核工作提供了方便。
发明内容
针对现有风力发电机组风轮轮毂部件设计难度较大，零件结构尺寸重量和高强度的要求互相矛盾，本发明提供一种结构化参数可调的风电机组轮毂设计的方法。
该方法包括如下步骤：
步骤1、设计轮毂部件双球夹层结构化尺寸和三维图形；
步骤2、轮毂球心坐标调整的结构化参数，设计部件全范围厚度分布和计算有限元应力分析；
步骤3、根据计算结果，进行全尺寸和总体结构的设计优化；
步骤4、根据确认的部件的基本尺寸和计算结果，进行工程加工制造图设计和制造工艺要求。最后设计员完成设计报告和工程图纸。
其中步骤1按如下方法：
Ⅰ、确定设计部件名称及结构形式；
Ⅱ、输入设计部件结构尺寸；
Ⅲ、根据结构形式和有限元计算的结果，调整结构尺寸，输出轮毂的结构图形；
Ⅳ、用程序输入新参数，验证新结构的有限元计算结果；
Ⅴ、根据新的要求和输入条件，调试新图形的结构参数；
Ⅵ、输出部件三维图形。
其中步骤2按如下方法：
⑴、输入设计部件新的图形文件；
⑵、确定剖分结构形式；
⑶、确定边界条件，编制网格自动有限元程序代码；
⑷、完成网格剖分；
⑸、输出网格剖分文件。
其中步骤3按如下方法：
①、输入设计部件网格剖分文件；
②、确定计算分析边界条件；
③、编制有限元计算核心程序代码；
④、调试计算程序合格；
⑤、根据极限载荷和应力计算结果与规范要求对比；
⑥、判断是否满意，如果满意，执行步骤⑦，如果不满意则执行步骤1中Ⅱ、输入改进设计部件结构尺寸；
⑦、确认并输出部件三维图形尺寸。
本发明简化部件的结构图形建模，使有限元的分析计算变得简洁快速，利用此方法设计的软件，完成风电机组总体设计和结构设计可一次在该软件下完成，计算、分析和校核工作可与图纸设计同时完成。
附图说明
图1 轮毂输入特征参数结构图
图2本发明的流程图
图3本发明步骤1设计部件参数化尺寸三维图形程序流程图
图4本发明步骤2部件设计分析和计算的有限元网格剖分程序流程图
图5本发明步骤3根据计算结果，进行全尺寸和总体结构的设计优化程序流程图
图6 本发明几何参数输入界面
图7 本发明轮毂模型三维显示图
图8本发明轮毂有限元计算网格剖分图
图9发明轮毂有限元计算结果输出图。
具体实施方式
对于任何一个部件的结构尺寸绘制时，都需要将过程软件、程序化，这就是自动绘制部件的外形结构尺寸的过程，但是，对于形状一定的部件，根据设计要求部件的尺寸是不断变化的，这个变化的尺寸在软件编制过程中设计成可变的参数。
本发明以风力发电机组的轮毂为例进行说明，轮毂结构如图1所示，由用户需要输入的具体尺寸参数(A,B,C,-------W,半径，孔径及个数，)后，程序员自行设计零部件参数输入显示菜单的界面，按照设计者的要求不断从界面输入这些参数尺寸的数值，从达到载荷和强度的计算要求，使用户设计简捷方便，很快得到理想的结构尺寸。
参数文档描述
这些参数是决定部件的基本结构尺寸，也是部件结构的特征尺寸，现以轮毂结构分析为例，其特征尺寸如表1：
表1
该方法包括如下步骤：如图2所示，
步骤1、设计部件参数化尺寸三维图形；
步骤2、部件设计分析和计算有限元网络部分；
步骤3、根据计算结果，进行全尺寸和总体结构的设计优化；
步骤4、根据确认的部件的基本尺寸和计算结果，进行工程加工制造图设计和制造工艺要求。最后设计员完成设计报告和工程图纸。
其中步骤1按如下方法：如图3所示，
Ⅰ、确定设计部件名称及结构形式；
Ⅱ、输入设计部件结构尺寸；
Ⅲ、根据结构形式编制图形输出程序代码；
Ⅳ、确定输出参数合子；
Ⅴ、调试图形输出程序；
Ⅵ、输出部件三维图形。
其中步骤2按如下方法：如图4所示，
⑴、输入设计部件图形文件；
⑵、确定剖分结构形式；
⑶、确定边界条件，编制自动剖分程序代码；
⑷、完成网格剖分；
⑸、输出网格剖分文件和图形（图8所示）。
其中步骤3按如下方法：如图5所示
①、输入设计部件网格剖分文件；
②、确定计算分析边界条件；
③、编制有限元计算核心程序代码；
④、调试计算程序合格；
⑤、根据极限载荷和应力计算结果（图9所示）与规范要求对比；
⑥、判断是否满意，如果满意，执行步骤⑦，如果不满意则执行步骤1中Ⅱ、输入设计部件结构尺寸；
⑦、确认并输出部件三维图形尺寸。
由以上方法编译之后生成的几何参数输入界面，如图6所示，
程序员根据输入的参数生成对应的前处理软件批处理文件，于是在很短的时间内就可得到部件的三维显示图形，如图7所示。

Claims (4)

1.一种结构化参数可调的风电机组轮毂设计的方法，其特征在于：本方法包括4个步骤，、设计部件参数化尺寸三维图；、部件设计分析和计算的有限元网格剖分；、根据计算结果，进行全尺寸和总体结构的设计优化； 、根据确认的部件的基本尺寸和计算结果，进行工程加工制造图设计和制造工艺要求；最后设计员完成设计报告和工程图纸。
2.根据权利要求1所诉的一种结构化参数可调的风电机组轮毂设计的方法，其特征在于：步骤一设计部件参数化尺寸三维图形，它包括确定设计部件名称及结构形式3-1；输入设计部件结构尺寸3-2；根据结构形式编制图形输出程序代码3-3；确定输入参数合子3-4；调试图形输出程序3-5；输出部件三维图形3-6六个步骤；将轮毂结构参数输入到软件中，经过软件自带的算法，输出轮毂三维图形。
3.根据权利要求1所诉的一种结构化参数可调的风电机组轮毂设计的方法，其特征在于：步骤二部件设计分析和计算的有限元网格剖分，它包括输入设计部件图形文件4-1；确定剖分结构形式4-2；确定边界条件，编制自动剖分程序代码4-3；完成网格剖分4-4；输出网格剖分文件和图形4-5五个步骤；将轮毂部件图形文件输入到软件中，经过软件自带的程序代码，便可输出轮毂网格剖分文件和图形。
4.根据权利要求1所诉的一种结构化参数可调的风电机组轮毂设计的方法，其特征在于：步骤三根据计算结果，进行全尺寸和总体结构的设计优化，它所执行步骤如下：、输入设计部件网格剖分文件；②、确定计算分析边界条件；③、编制有限元计算核心程序代码；④、调试计算程序合格；⑤、根据极限载荷和应力计算结果与规范要求对比；⑥、判断是否满意，如果不满意则执行步骤一中输入设计部件结构尺寸3-2，重新执行程序；如果满意，执行步骤⑦；⑦确认并输出部件三维图形尺寸。
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