CN111523267B - 一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法 - Google Patents

一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111523267B
CN111523267B CN202010318934.5A CN202010318934A CN111523267B CN 111523267 B CN111523267 B CN 111523267B CN 202010318934 A CN202010318934 A CN 202010318934A CN 111523267 B CN111523267 B CN 111523267B
Authority
CN
China
Prior art keywords
main shaft
finite element
element model
model
spindle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010318934.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111523267A (zh
Inventor
禄盛
陈志翔
赵洋
马莹
陈翔
邓聪颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University of Post and Telecommunications
Original Assignee
Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University of Post and Telecommunications filed Critical Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority to CN202010318934.5A priority Critical patent/CN111523267B/zh
Publication of CN111523267A publication Critical patent/CN111523267A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111523267B publication Critical patent/CN111523267B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明涉及风力发电机组关键零部件结构设计领域，特别涉及一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，包括建立主轴系统三维实体模型并根据该模型建立有限元模型；建立第一目标函数对主轴系统有限元模型进行拓扑优化，对优化后的模型进行几何重构，获得重构的主轴系统三维实体模型；对重构的主轴系统三维实体模型进行参数化，并建立重构的主轴系统的有限元模型；构建使得主轴危险截面的应力达到等应力水平、减小主轴质量的第二目标函数并求解，获得重构的主轴系统三维实体模型的结构参数；本发明可极大缩短设计周期，能够有效提高风机主轴刚度，减小风机主轴质量，降低成本。

Description

一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法
技术领域
本发明涉及风力发电机组关键零部件结构设计领域，特别涉及一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法。
背景技术
作为风力发电机组中关键承载和传动部件的主轴，在风电投资总额中始终占有很大的比重。主轴前端联接风轮轮毂，后端联接齿轮箱行星架，在风机运行的过程中，主轴承受了轮毂传递过来的各种负载，并将扭矩传递给齿轮箱，将轴向推力、扭矩和弯矩传递给机座和塔架。因此，主轴要保证在严酷的环境下稳定运转，其机械性能要求高，强度、塑性指标高，公差要求严格。主轴所处工况十分复杂，其系统性能的好坏，对整个机组运行的稳定性和可靠性影响巨大。风力发电机组主轴的结构设计一直是业界的重点和难点。现如今风机主轴大多采用锻造生产，生产工艺复杂，生产周期长，制造成本高。与锻造生产相比，铸造生产在减重和成本方面优势明显，且使主轴结构设计更具灵活性，但现有技术中针对铸造生产方式的主轴参数进行优化方法仍然较少。
发明内容
为了缩短以铸造方式生产的风机主轴的设计周期，本发明提出一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，包括：
建立主轴系统三维实体模型并根据该模型建立主轴系统有限元模型；
采用拓扑优化方法将主轴系统有限元模型中的主轴作为设计区域，主轴系统有限元模型中的其他部分作为非设计区域；
以主轴质量和最大工作应力为约束、最大化主轴刚度为目标建立第一目标函数，采用拓扑优化方法求解第一目标函数，即对主轴系统有限元模型进行拓扑优化；
对优化后得到的主轴系统拓扑模型进行几何重构，获得重构的主轴系统三维实体模型；
针对重构得到的主轴系统三维实体模型进行参数化设计，并建立重构的主轴系统有限元模型；
基于重构的主轴系统有限元模型，构建使得主轴危险截面的应力达到等应力水平、减小主轴质量的第二目标函数；
利用优化算法对第二目标函数进行求解，得到重构的系统三维实体模型中主轴的结构参数。
进一步的，建立主轴系统的三维实体模型时，考虑载荷的传递路径和非线性边界条件，主轴系统的三维实体模型包括主轴与轮毂、风轮锁紧盘、行星架、后轴承、后轴承座、主轴承、主轴承座、主轴承定距环、后轴承定距环。
进一步的，第一目标函数表示为：
Figure BDA0002460594060000021
其中，c(ρe)为结构柔度(柔度和为刚度的倒数，柔度最小即刚度最大)，U为节点位移矩阵，K为单元刚度矩阵，F为节点力矩阵，p为惩罚因子，ue为单元e的节点位移矩阵，k0为单元刚度，V0为人为定的体积分数，ve为单元e的体积分数，N为单元总数，ρe为单元e的材料密度，ρmin为单元e最小材料密度。
优选的，求解第一目标函数采用的拓扑优化方法为变密度法或渐进结构法。
进一步的，主轴系统的有限元模型建立过程中满足：
用1D单元模拟调心滚子，设置1D单元的刚度，使之与对应的轴承滚子刚度一致；
用六面体单元划分网格，在轴承与主轴接触点处细化网格；
将轴承外圈约束为固定支撑；
在轮毂中心施加载荷。
进一步的，主轴系统的有限元模型中模拟调心滚子的1D单元包括杆单元、梁单元或弹簧单元。
进一步的，进行参数化设计的参数包括主轴系统的过渡圆弧，即：主轴大端内外径过渡圆弧、轴肩过渡圆弧、主轴中段过渡圆弧、主轴直径方向尺寸；主轴尾端内孔直径；以及主轴内孔锥角。
进一步的，第二目标函数表示为：
Figure BDA0002460594060000031
其中，m(x)为主轴质量；σ(x)为主轴等效应力；[σ]为主轴材料的许用应力，单位MPa；σs为主轴材料的屈服强度；γm为局部材料安全系数。
优选的，对第二目标函数进行求解的优化算法为遍历搜索算法Screen、多目标遗传算法MOGA、多目标自适应算法AMO、基于响应面优化算法RSO的任一种。
本发明包括以下有益效果：
①风机主轴建模采用多体建模保证了计算精度同时考虑了轴承滚子的调心作用，模型更加准确；
②该发明对主轴进行拓扑优化时，以最大化刚度为目标，保证了主轴的高刚性；
③该发明在对风机主轴结构优化时，设计变量考虑了主轴四个过渡圆弧r1～r4、主轴尾端内孔直径d以及主轴内孔锥角θ多个设计变量，优化效果更明显；
④该发明可对风机主轴进行等应力、轻量化双目标尺寸参数优化，属于双目标优化，便捷有效，比单一目标优化更优越。
附图说明
图1为本发明的兆瓦级风机主轴优化流程图；
图2为本发明的兆瓦级风机主轴系统示意图；
图3为本发明的兆瓦级风机主轴结构初始简化几何结构图；
图4为本发明的兆瓦级风机主轴系统有限元模型示例图；
图5为本发明的兆瓦级风机主轴有限元模型示例图；
图6为本发明的兆瓦级风机主轴拓扑后smooth模型；
图7为本发明的兆瓦级风机主轴几何重构后模型；
图8为本发明的兆瓦级风机主轴结构设计参数图；
其中，①、轮毂；②、主轴；③、风轮锁紧盘；④、行星架；⑤、增速齿轮箱；⑥、主机架；⑦、增速齿轮箱弹性支撑；⑧、后轴承；⑨、后轴承座；⑩、主轴承；
Figure BDA0002460594060000041
主轴承座；/>
Figure BDA0002460594060000042
主轴承定距环；/>
Figure BDA0002460594060000043
后轴承定距环；
r1、主轴大端内外径过渡圆弧；r2、轴肩过渡圆弧；r3、主轴中段过渡圆弧；r4、主轴直径方向尺寸；d、主轴尾端内孔直径；θ、主轴内孔锥角；
Ⅰ、主轴大端外径过渡圆弧处的应力；Ⅱ、轴肩过渡圆弧处的应力；Ⅲ、主轴中段过渡圆弧处的应力；Ⅳ、主轴大端内径过渡圆弧处的应力；
D1、主轴大端法兰盘凸台外径；D2、主轴大端法兰盘外径；D3、主轴大端与风轮锁紧盘装配处外径；D4、主轴轴肩处外径；D5、前轴承安装处主轴外径；D6、后轴承安装处主轴外径；D7、主轴尾端外径；
L1、主轴法兰盘厚度；L2、主轴大端过渡处轴向长度；L3、前轴承安装处主轴长度；L4、主轴中段过渡段轴向长度；L5、后轴承安装处轴向长度；L6、主轴尾端轴向长度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，包括以下步骤：
建立主轴系统三维实体模型并根据该模型建立主轴系统有限元模型；
采用拓扑优化方法将主轴系统有限元模型中的主轴作为设计区域，主轴系统有限元模型中的其他部分作为非设计区域；
以主轴质量为约束、最大化主轴刚度为目标建立第一目标函数，采用拓扑优化方法求解第一目标函数，即对主轴系统有限元模型进行拓扑优化；
对优化后的主轴系统拓扑模型进行几何重构，获得重构的主轴系统三维实体模型；
针对重构得到的主轴系统三维实体模型进行参数化设计，并建立重构的主轴系统有限元模型；
基于重构的主轴系统有限元模型，构建使得主轴危险截面的应力达到等应力水平、减小主轴质量的第二目标函数；
利用优化算法对第二目标函数进行求解，得到重构的系统三维实体模型中主轴的结构参数。
风机主轴的传统设计方式一般是工程师根据经验进行主轴尺寸设计，通过不断地仿真验证，才能得到较优的结构，此方法设计周期长，费时费力。本发明的优化方法是为了解决现有风机主轴尺寸优化方案设计周期过长的问题，通过本发明一系列的算法，对初始主轴模型进行优化，可以有效减小初始主轴的质量。另外，由于生产主轴手段的不同，也会影响主轴的参数要求，其中铸造生产相对锻造生产可以极大地节省材料、降低成本，因此本发明主要针对铸造生产的主轴进行结构优化。
兆瓦级风机主轴系统示意图如图2，包括轮毂①、主轴②、风轮锁紧盘③、行星架④、增速齿轮箱⑤、主机架⑥、增速齿轮箱弹性支撑⑦、后轴承⑧、后轴承座⑨、主轴承⑩、主轴承座
Figure BDA0002460594060000061
主轴承定距环/>
Figure BDA0002460594060000062
后轴承定距环/>
Figure BDA0002460594060000063
本实施例采用多体建模的方式建立主轴系统的三维实体模型其中主轴删除螺栓孔、倒角以及圆角等特征后的简化几何模型如图3所示，优化建立的主轴充分考虑载荷的传递路径和非线性边界条件，建立了轴承、轮毂及风轮锁紧盘等主轴周边结构模型，即建立主轴系统的三维实体模型。
根据建立的主轴系统的三维实体模型，建立主轴系统的有限元模型，主轴系统的有限元模型如图4所示，主轴系统中主轴的有限元模型如图5所示，获取有限元模型的方法包括网格划分、边界条件、加载等，本发明没有规定采用具体有限元模型的具体构建方法，可以采用现有技术中任一一种有限元模型构建方法，但是本发明规定有限元模型构建过程中满足以下条件：
用1D单元模拟调心滚子，设置1D单元的刚度，使之与对应的轴承滚子刚度一致；
用六面体单元划分网格，在轴承与主轴接触点处细化网格；
将轴承外圈约束为固定支撑，其作用包括约束转子转动自由度、限制其周向转动；
在轮毂中心施加载荷。
进一步的，主轴系统的拓扑有限元模型中模拟调心滚子的1D单元包括杆单元、梁单元或弹簧单元。
构建有限元模型的目的是用来进行拓扑优化，采用拓扑优化方法将主轴作为设计区域，其他结构设为非设计区域，主轴质量为约束，最大化主轴刚度目标函数，对建立的风机主轴有限元模型进行拓扑优化，优化后的主轴smooth模型如图6所示，再进行几何重构得到如图7所示的模型，得到主轴参数化优化的初始构型如图8所示。
本发明可以选用的拓扑优化方法包括变密度法、渐进结构法等，本实施例以变密度方法为例，构建的第一目标函数可以表示为：
Figure BDA0002460594060000071
其中，c(ρe)为结构柔度(柔度和为刚度的倒数，柔度最小即刚度最大)，U为节点位移矩阵，K为单元刚度矩阵，F为节点力矩阵，p为惩罚因子，ue为单元e的节点位移矩阵，k0为单元刚度，V0为人为定的体积分数，ve为单元e的体积分数，σmax为主轴的最大工作应力，[σ]为主轴材料的许用应力，σs为主轴材料的屈服强度；γm为局部材料安全系数，N为单元总数，ρe为单元e的材料密度，ρmin为单元e最小材料密度。
参考图8，可知主轴设计关键尺寸：轴向尺寸，包括主轴法兰盘厚度L1、主轴大端过渡处轴向长度L2、前轴承安装处主轴长度L3、主轴中段过渡段轴向长度L4、后轴承安装处轴向长度L5、主轴尾端轴向长度L6；直径方向尺，包括主轴大端法兰盘凸台外径D1、主轴大端法兰盘外径D2、主轴大端与风轮锁紧盘装配处外径D3、主轴轴肩处外径D4、前轴承安装处主轴外径D5、后轴承安装处主轴外径D6、主轴尾端外径D7和主轴尾端内孔直径d；过渡圆弧尺寸，包括主轴大端内外径过渡圆弧r1、轴肩过渡圆弧r2、主轴中段过渡圆弧r3、主轴直径方向尺寸r4，以及主轴内孔锥角θ，其中轴向尺寸和直径方向尺寸D1～D7影响到主传动系统参数(在平台产品中，这些参数为固定值)，根据工程经验，主轴的最大工作应力一般出现在Ⅰ～Ⅲ处。预定义风机主轴结构优化的设计变量为：过渡圆弧尺寸r1～r4、直径方向尺寸d以及主轴内孔锥角θ；优化目的为：最大工作应力最小化使主轴尺寸达到等应力水平并且减小风机主轴质量。
对重新构建主轴系统的三维实体模型进行有限元建模，建模方法与前述方法相同，此处不再赘述，建立主轴的参数化有限元模型。
如图8，选择四个过渡圆弧尺寸r1～r4，直径方向尺寸d，以及主轴内孔锥角θ为设计变量，最大工作应力最小化使主轴尺寸达到等应力水平并且减小风机主轴质量为优化目标，构建第二目标函数。
极限载荷选取Myz_max工况，根据经验该工况下主轴应力最大，表1为优化载荷工况值。
表1优化载荷工况
Figure BDA0002460594060000081
确定设计变量取值范围、确定状态变量、设置约束条件，再根据设置的取值范围等求解第二目标函数。
如图8，本实施例设计变量包括过渡圆弧尺寸r1～r4、直径方向尺寸d以及主轴内孔锥角θ，可将该设计变量表示为：
X＝(x1,x2,x3,x4,x5,x6)T＝(r1,r2,r3,r4,d,θ)T。
表2变量取值表
Figure BDA0002460594060000082
根据该风机主轴结构尺寸以及这些设计变量优化时的可变范围，确定出这6个设计变量的取值范围为如表2所示，对于每个变量x则有：
xmin≤x≤xmax；
xmin＝(300,500,40,400,250,1)T；
xmax＝(500,1500,120,600,370,5)T。
本发明采用主轴的质量m、主轴的等效应力σ作为状态变量，表示为：
m(x)＝m(r1,r2,r3,r4,d,θ)；
σ(x)＝σ(r1,r2,r3,r4,d,θ)。
本实施例选取的主轴材料为QT400，其屈服极限为σs＝220MPa，局部材料安全系数γm＝1.1，主轴的许用应力[σ]＝200MPa，所以在本实施例中约束条件为：
σ(x)≤[σ]；
本实施例中风机主轴结构优化是以最大等效应力最小化以及轻量化为目标，属于双目标优化。主轴的最大等效应力最小化属于等应力设计。轻量化就是要求主轴在满足性能要求的前提下，质量越小越好。其次还要求：主轴的最大等效应力不得超过材料的许用应力，主轴质量在减轻10％的情况下尽量取最小值。因此，确定该优化问题的状态变量、约束条件以及目标函数如表3。
表3
Figure BDA0002460594060000091
根据表3的内容，可以将第二目标函数表示为：
Figure BDA0002460594060000092
其中，m(x)为主轴质量；σ(x)为主轴等效应力。
选取智能优化算法，优化求解，得到优化结果。本发明可以选取遍历搜索算法Screen、多目标遗传算法MOGA、多目标自适应算法AMO、基于响应面优化算法RSO的任一种，本发明利用基于响应面优化算法RSO得到的一组优化结果，优化前后结果对比参见表4。
表4
Figure BDA0002460594060000101
表5
Figure BDA0002460594060000102
本实例中的主轴在平台产品中，由于生产方式的不同采用的生产材料则不同，锻造生产采用的材料一般为34CrNiMo6，因而未采用本发明方法优化前铸造生产得到的同构型主轴相比锻造生产质量减轻6％，通过表5结果来看，经过优化后主轴质量又减轻11％，主轴的最大等效应力未超过材料的许用应力，满足强度要求，达到了明显的优化效果，显示出铸造生产的减重降本的优越性，同时实现了等应设计、轻量化优化的目标。
在实际生产中，对于锻造而言，首先锻造出实心轴，然后通过“挖取”主轴材料得到空心轴，因此为节省材料，其内孔通常尺寸较小且多为直孔；而铸造生产可以直接铸造出空心轴，相较锻造而言节省大量材料，降低成本。由于经过本发明方法优化后的主轴内孔较大，且为非直孔，若采用锻造生产则需要“挖取”的材料更多，并未降低成本，因此本发明方法主要适用于铸造主轴。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立主轴系统三维实体模型并根据该模型建立主轴系统有限元模型；
采用拓扑优化方法将主轴系统有限元模型中的主轴作为设计区域，主轴系统有限元模型中的其他部分作为非设计区域；
以主轴质量和最大工作应力为约束、最大化主轴刚度为目标建立第一目标函数，采用拓扑优化方法求解第一目标函数，即对主轴系统有限元模型进行拓扑优化；第一目标函数表示为：
Figure FDA0004153009260000011
s.t.KU＝F
Figure FDA0004153009260000012
Figure FDA0004153009260000013
0≤ρmin≤ρe≤1
其中，c(ρe)为结构柔度，U为节点位移矩阵，K为单元刚度矩阵，F为节点力矩阵，p为惩罚因子，ue为单元e的节点位移矩阵，k0为单元刚度，V0为人为定的体积分数，ve为单元e的体积分数，σmax为主轴的最大工作应力，[σ]为主轴材料的许用应力，σs为主轴材料的屈服强度；γm为局部材料安全系数，N为单元总数，ρe为单元e的材料密度，ρmin为单元e最小材料密度；
对优化后得到的主轴系统拓扑模型进行几何重构，获得重构的主轴系统三维实体模型；
针对重构得到的主轴系统三维实体模型进行参数化设计，并建立重构的主轴系统的有限元模型；
基于重构的主轴系统有限元模型，构建使得主轴危险截面的应力达到等应力水平、减小主轴质量的第二目标函数；第二目标函数表示为：
Figure FDA0004153009260000021
Figure FDA0004153009260000022
其中，m(x)为主轴质量；σ(x)为主轴等效应力；
利用优化算法对第二目标函数进行求解，得到重构的系统三维实体模型中主轴的结构参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，其特征在于，建立主轴系统的三维实体模型时，考虑载荷的传递路径和非线性边界条件，主轴系统的三维实体模型包括主轴与轮毂、风轮锁紧盘、行星架、后轴承、后轴承座、主轴承、主轴承座、主轴承定距环、后轴承定距环。
3.根据权利要求1所述的一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，其特征在于，求解第一目标函数采用的拓扑优化方法为变密度法或渐进结构法。
4.根据权利要求1所述的一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，其特征在于，主轴系统的有限元模型建立过程中满足：
用1D单元模拟调心滚子，设置1D单元的刚度，使之与对应的轴承滚子刚度一致；
用六面体单元划分网格，在轴承与主轴接触点处细化网格；
将轴承外圈约束为固定支撑；
在轮毂中心施加载荷。
5.根据权利要求1所述的一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，其特征在于，主轴系统的有限元模型中模拟调心滚子的1D单元包括杆单元、梁单元或弹簧单元。
6.根据权利要求1所述的一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，其特征在于，进行参数化设计的参数包括主轴系统的过渡圆弧，即：主轴大端内外径过渡圆弧、轴肩过渡圆弧、主轴中段过渡圆弧、主轴直径方向尺寸；主轴尾端内孔直径；以及主轴内孔锥角。
7.根据权利要求1所述的一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法，其特征在于，对第二目标函数进行求解的优化算法为遍历搜索算法Screen、多目标遗传算法MOGA、多目标自适应算法AMO、基于响应面优化算法RSO的任一种。
CN202010318934.5A 2020-04-21 2020-04-21 一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法 Active CN111523267B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010318934.5A CN111523267B (zh) 2020-04-21 2020-04-21 一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010318934.5A CN111523267B (zh) 2020-04-21 2020-04-21 一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111523267A CN111523267A (zh) 2020-08-11
CN111523267B true CN111523267B (zh) 2023-05-23

Family

ID=71902886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010318934.5A Active CN111523267B (zh) 2020-04-21 2020-04-21 一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111523267B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112191849B (zh) * 2020-10-10 2023-03-28 重庆邮电大学 基于温度分布的梯度多孔散热装置设计及增材制造方法
CN112182806B (zh) * 2020-10-20 2022-06-28 同济大学 一种力流引导的介观结构设计方法
CN112818581B (zh) * 2021-03-02 2022-11-01 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 风力发电机组主机架的拓扑优化设计方法
CN113033062B (zh) * 2021-05-08 2022-03-25 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 风力发电机组轴承座优化设计方法、存储介质及轴承座
CN113283024A (zh) * 2021-05-11 2021-08-20 重庆邮电大学 一种基于有限元建模的拓扑优化和参数优化的风机轮毂结构优化方法
CN113239491B (zh) * 2021-05-17 2022-04-01 湖南南方宇航高精传动有限公司 一种风电齿轮箱中箱体加强筋的多参数优化设计方法
CN113392550A (zh) * 2021-06-10 2021-09-14 南方电网科学研究院有限责任公司 三支柱绝缘子柱腿结构协同设计方法、系统、介质及终端
CN113283036B (zh) * 2021-06-21 2023-07-07 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 调心滚子轴承有限元建模方法
CN113609742A (zh) * 2021-09-15 2021-11-05 华仪风能有限公司 面向整体结构的风力发电机组主轴优化方法
CN113883021A (zh) * 2021-10-29 2022-01-04 新疆金风科技股份有限公司 一种轴结构、风力发电机组轴系和风力发电机组
CN117195440B (zh) * 2023-11-08 2024-01-30 上海诺倬力机电科技有限公司 主轴系统结构优化方法、装置、设备及存储介质

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000254749A (ja) * 1999-03-09 2000-09-19 Toyota Motor Corp 鍛造工程の成形性の解析方法およびその実行プログラムを記録した媒体
WO2010035742A1 (ja) * 2008-09-26 2010-04-01 三菱重工業株式会社 風車構造体の応力解析装置及び応力解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体並びに風力発電システム
CA2737814A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-21 Siemens Aktiengesellschaft Wall section for a wind turbine tower and wind turbine tower
CN102332044A (zh) * 2011-09-16 2012-01-25 中国科学院工程热物理研究所 一种基于结构拓扑优化的风力机叶片优化设计方法
EP2801729A2 (de) * 2013-05-06 2014-11-12 Eolotec GmbH Großlager, insbesondere Hauptlager einer Windkraftanlage sowie Verfahren zur Ermittlung eines Lagerspiels eines Wälzlagers und Windkraftanlage
CN105243215A (zh) * 2015-10-12 2016-01-13 西安交通大学 基于参数化有限元模型的电主轴结构优化方法
CN106815407A (zh) * 2016-12-22 2017-06-09 四川大学 一种数控机床整机动态性能优化方法
CN106886631A (zh) * 2017-01-17 2017-06-23 许继集团有限公司 一种风机主轴性能的计算方法
GB201715567D0 (en) * 2017-09-26 2017-11-08 Romax Tech Limited Driveline Designer
CN109977562A (zh) * 2019-03-29 2019-07-05 太原科技大学 一种用于解决应力集中、轻量化的胀紧联结套的设计方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080300831A1 (en) * 2006-12-19 2008-12-04 Board Of Governors For Higher Education, State Of Rhode Island And Providence System and method for finite element based on topology optimization
DE102010051162A1 (de) * 2010-11-15 2012-05-16 Lüllau Engineering Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bestrahlen unregelmäßig geformter Flächen
US20170255724A1 (en) * 2016-03-07 2017-09-07 Livermore Software Technology Corporation Enhanced Global Design Variables Used In Structural Topology Optimization Of A Product In An Impact Event
EP3458942B1 (en) * 2016-06-22 2021-06-02 Siemens Aktiengesellschaft Display of three-dimensional model information in virtual reality
CN106650148B (zh) * 2016-12-30 2021-01-29 北京航空航天大学 一种位移和应力混合约束下的连续体钢结构非概率可靠性拓扑优化方法
CN108547740A (zh) * 2018-03-21 2018-09-18 内蒙古久和能源装备有限公司 一种风力发电机组主机架强度有限元计算方法
CN109325271B (zh) * 2018-09-05 2022-09-06 北京理工大学 一种运载火箭结构有限元模型参数化建模方法
CN109583061A (zh) * 2018-11-16 2019-04-05 重庆邮电大学 一种基于参数集映射关系的三维模型尺寸完备性检查算法
CN109948248A (zh) * 2019-03-19 2019-06-28 重庆邮电大学 采用ug软件生成电池模组模型的方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000254749A (ja) * 1999-03-09 2000-09-19 Toyota Motor Corp 鍛造工程の成形性の解析方法およびその実行プログラムを記録した媒体
WO2010035742A1 (ja) * 2008-09-26 2010-04-01 三菱重工業株式会社 風車構造体の応力解析装置及び応力解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体並びに風力発電システム
CA2737814A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-21 Siemens Aktiengesellschaft Wall section for a wind turbine tower and wind turbine tower
CN102332044A (zh) * 2011-09-16 2012-01-25 中国科学院工程热物理研究所 一种基于结构拓扑优化的风力机叶片优化设计方法
EP2801729A2 (de) * 2013-05-06 2014-11-12 Eolotec GmbH Großlager, insbesondere Hauptlager einer Windkraftanlage sowie Verfahren zur Ermittlung eines Lagerspiels eines Wälzlagers und Windkraftanlage
CN105243215A (zh) * 2015-10-12 2016-01-13 西安交通大学 基于参数化有限元模型的电主轴结构优化方法
CN106815407A (zh) * 2016-12-22 2017-06-09 四川大学 一种数控机床整机动态性能优化方法
CN106886631A (zh) * 2017-01-17 2017-06-23 许继集团有限公司 一种风机主轴性能的计算方法
GB201715567D0 (en) * 2017-09-26 2017-11-08 Romax Tech Limited Driveline Designer
CN109977562A (zh) * 2019-03-29 2019-07-05 太原科技大学 一种用于解决应力集中、轻量化的胀紧联结套的设计方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Parametric topology optimization with multiresolution finite element models;Vahid Keshavarzzadeh;《Numerical methods in engineering》;第119卷(第7期);第567-589页 *
一种兆瓦风电齿轮箱前机体结构轻量化设计;毛范海;韩孟克;董惠敏;闫瑞志;陈凤艳;王德伦;;机械传动;第39卷(第11期);第50-53页 *
兆瓦级风力发电机组主轴优化设计;白儒;徐苾璇;李钢强;鲁效平;田家彬;李肖霞;;现代制造工程(第03期);第136-141页 *
基于参数化建模的风力机叶片结构分析及优化设计;马金成;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》(第1(2015)期);第C042-104页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111523267A (zh) 2020-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111523267B (zh) 一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法
CN109340062B (zh) 一种低风速风电机组数字双胞胎式的疲劳损伤预测方法
CN109409013B (zh) 一种低风速风电机组风轮智能优化设计方法
CN102708266B (zh) 一种水平轴风力机叶片的极限载荷预测计算方法
CN111310380B (zh) 一种电动车动力总成悬置橡胶衬套结构的设计开发方法
CN113283024A (zh) 一种基于有限元建模的拓扑优化和参数优化的风机轮毂结构优化方法
CN112765732B (zh) 一种基于选区激光熔化工艺的航空叶片拓扑优化设计方法
CN116316883B (zh) 一种风电机群协同运行优化控制方法
CN112347611A (zh) 一种风力机远场尾流流向湍流度计算方法
CN111859730A (zh) 一种燃料电池离心压缩机转子构形优化设计方法
CN112128052A (zh) 一种基于控制策略优化的风力发电机组塔架降载方法
CN112035979A (zh) 一种风电机组整机一体化优化设计方法、平台及寻优方法
CN108038308A (zh) 一种铝合金压铸减震塔的结构设计方法
CN111502914A (zh) 基于线性变参数系统的风机变桨控制器设计方法
CN111963389B (zh) 一种低风速风电机组的多场耦合整机模型建立方法
CN109598053B (zh) 低风速风电机组传动部件布局构建、智能优化方法和装置
CN104915500B (zh) 粉末注射成形涡轮及其结构优化设计方法
CN114165477B (zh) 一种轴向超音通流风扇串列构型及串列构型优化方法
CN112818581B (zh) 风力发电机组主机架的拓扑优化设计方法
CN113609742A (zh) 面向整体结构的风力发电机组主轴优化方法
CN114564864A (zh) 一种风机轮毂强度分析方法、系统、设备及存储介质
CN112685861A (zh) 一种适用于建筑骨架的轻量化设计优化方法
CN113111562A (zh) 基于变形技术的风电机组主机架优化设计方法
CN114239155A (zh) 一种fdm机架拓扑优化方法及系统
Wu et al. Optimization design of photoelectric turntable structure based on RBF algorithm and multi-island genetic algorithm

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant