CN114692344B - 一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法及系统 - Google Patents

一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于计算机辅助设计技术领域，提供了一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法及系统，按照获取风力发电机的三维模型，在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块；搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块；依次对各个待紧凑块进行紧凑化处理从而获得紧凑后的三维模型，智能的根据压力值和振动位移动态调整厚度发电机厚度增加，使三维模型的厚度呈现最大均衡化均衡从而减少在发电机的高速运转之下失速现象，提高根据三维模型生产的发电机的使用寿命，从而提高风力发电机的性能和结构稳定性，提高发电机的寿命和出力稳定性。

Description

一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法及系统
技术领域
本发明属于计算机辅助设计、三维图像处理技术领域，具体是一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法及系统。
背景技术
目前，对于风力发电机的三维模型设计中，早期的风力发电机组的叶片一般采用航空翼型，而风力发电机的受载环境恶劣，如果设计的受力不均衡很容易产生安全性问题，由于要考虑运输和安装，风力发电机一般是采样多段拼接式，厚度都比较低，进一步对安全性问题产生了挑战，风力发电机组翼型为了满足强度要求，需要翼型有较大的最大厚度。然而如果厚度增加，则会使风力发电机的翼型的失速角的缓和的失速特性的概率减小，在发电机的高速运转之下其翼型的最大升力容易失去控制，造成发电机的叶片出现失速现象，从而严重影响风力发电机的性能和稳定性，容易减少发电机的寿命和出力稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，本发明提出一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，具体包括以下步骤：
S1，获取风力发电机的三维模型，在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块；
S2，将三维模型导入有限元分析软件中，在给定风速边界条件下进行流场分析获取三维模型的表面风压分布作为标准分布压力；
S3，在不同的风速条件下，将标准分布压力加载到三维模型上从而获取得到在不同平均风速作用下各个表面分块的振动位移（振动位移指表面分块中各点的由于振动导致位置移动的距离）；
S4，搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块；
S5，依次对各个待紧凑块进行紧凑化处理从而获得紧凑后的三维模型。
进一步地，在S1中，获取风力发电机的三维模型的方法为：通过Rhino3D软件、3DSMAX软件或者SolidWorks软件建立风力发电机的三维模型，或者，通过三维扫描仪对风力发电机进行扫描获得三维模型。其中，风力发电机包括：机舱、转子叶片、轴心、低速轴、齿轮箱、高速轴及其机械闸、发电机、偏航装置、电子控制器、冷却元件、塔、风速计及风向标和尾舵。
进一步地，在S1中，在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块的方法包括：通过Delaunay三角剖分、四边形网格划分、Loop细分算法中任意一种进行在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块，其中，三维模型和表面分块由像素点构成。
进一步地，在S2中，将三维模型导入有限元分析软件中，在给定风速边界条件下进行流场分析获取三维模型的表面风压分布作为标准分布压力的方法包括：三维模型导入、曲面切分、网格划分、网格属性定义；设置材料参数、几何属性、边界条件、载荷条件、定义单元的连通性；其中，对三维模型进行网格划分的方法为Delaunay三角剖分；其中，给定风速边界条件为3m/s到25m/s。
进一步地，在S3中，不同的风速条件为风速为5到40 m/s的风速范围。
进一步地，在S4中，搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块的方法为以下步骤：
根据表面风压分布获取各个表面分块中所有像素点的位置对应的压力值，以每个表面分块中压力值最大的像素点的位置的振动位移为MaxF（以每个表面分块中压力值最大的像素点的位置的振动位移为MaxF），判断MaxF是否表面分块中的各个像素点的位置的振动位移中的最大值，如果否，则标记该表面分块为待紧凑块。
其中，本方法中像素点也可以称为坐标点。
为了进一步地识别出待紧凑块中的一些与周边表面分块压力不均衡的表面分块中，提高识别的准确性，确保整体上压力的受力均衡减少发电机的失速现象，基于风压的线性受压现象，所以本发明提出了一个更优选的方案如下：
优选地，在S4中，搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块的方法为：根据表面风压分布获取各个表面分块中所有像素点的位置对应的压力值，以每个表面分块中压力值最大的像素点的位置的振动位移为MaxF，判断MaxF是否表面分块中的各个像素点的位置的振动位移中的最大值，如果否，则标记该表面分块为待紧凑块；
如果是，则标记该表面分块为待判断块；
对各个待判断块进行进一步判断如下：以WF为待判断块的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置，搜索与待判断块相邻的各个表面分块中MaxF的值最大的表面分块记为压力延伸块；以WEX为压力延伸块的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置，以从WF到WEX的方向作为二维风压向；（与表面分块相邻的意义指与当前表面分块有共同边界的表面分块）；
以表面分块或待判断块或压力延伸块在二维坐标系上的投影y轴最大值记为的最高点，最小值记为的最低点；
以待判断块的最高点A1和压力延伸块的最高点A2两点连成的直线为LH；以待判断块的最低点B1和压力延伸块的最低点B2两点连成的直线为LW；在二维坐标系上由直线LH和LW之间构成的区域为压力延伸区域EXare；（如果LH和LW交叉则取交叉点为顶点的夹角区域之间构成的区域为压力延伸区域EXare）；
从待判断块的位置开始沿着二维风压向依次搜索在二维坐标系上的投影在Exare内部的各个表面分块，由搜索到的不满足压力延伸终止条件的各个表面分块构成搜索路径，当搜索到满足压力延伸终止条件的表面分块时停止搜索，并将搜索路径中所有的表面分块记为待紧凑块；
其中，压力延伸终止条件为：FE(Block(i-1))＞FE(Block(i))且FE(Block(i))＜FE (Block(i+1))，其中，Block(i)为从待判断块的位置开始的沿着二维风压向的在二维坐标系上的投影在Exare内部的第i个表面分块，i为表面分块的序号；FE()函数为取表面分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；i的取值范围为2到N1-1；Block(i-1)为从待判断块的位置开始的沿着二维风压向的在二维坐标系上的投影在Exare内部的第i-1个表面分块；Block(i+1)为从待判断块的位置开始的沿着二维风压向的在二维坐标系上的投影在Exare内部的第i+1个表面分块
或者，压力延伸终止条件为：
Blance(Block(i-1))≤Blance(Block(i))≤Blance(Block(i+1))；
其中，Blance()函数为取表面分块的压力均衡值，表面分块的压力均衡值PB为从第1个表面分块到第i个表面分块中所有表面分块的像素点的压力值的平均值，或者，表面分块的压力均衡值PB的计算方法为：
Figure 284939DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，PMeani为第i个表面分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；N1为从待判断块的位置开始的沿着二维风压向的在二维坐标系上的投影在Exare内部的表面分块的数量，
记从第1个表面分块到第i个表面分块中所有表面分块的像素点的压力值中的最大值对应像素点所在的表面分块为第i个表面分块的峰值分块，Peak{Pmean1,PMeani}为第i个表面分块的峰值分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；记从第i个表面分块到第N1个表面分块中所有表面分块的像素点的压力值中的最小值对应像素点所在的表面分块为第i个表面分块的谷值分块，Vale{PMeani,PmeanN1}为第i个表面分块的谷值分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；
（其中，峰值分块和谷值分块能够精确的体现出第i个表面分块相对的压力均衡风险较大的位置）。
进一步地，在S5中，依次对各个待紧凑块进行紧凑化处理从而获得紧凑后的三维模型为以下步骤：
令所有待紧凑块的集合为待紧凑集合Pact，Pact={paci1}，其中，paci1为集合Pact中第i1个待紧凑块；i1∈[1,N2]，N2为集合Pact中元素的数量；
依次将Pact中各个待紧凑块paci1进行紧凑化获得紧凑后的三维模型；
紧凑化的具体步骤为：记Pact中各个待紧凑块的中心点与paci1的中心点之间距离最近的待紧凑块为Con，以PC1为paci1的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置，以PC2为Con的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置；以PC2到PC1的方向作为紧凑处理方向；
以待紧凑块在二维坐标系上的投影y轴最大值记为的最高点，最小值记为的最低点；
记通过Con的最高点为C1、paci1的最高点为C2、通过Con的最低点为D1、paci1的最低点为D2；以在二维坐标系上由点C1、C2、D1、D2构成的多边形区域为待紧凑区域PrePact（即PrePact是C1与C2连接、C1与D1连接、C2与D2连接、D1与D2连接构成的多边形区域，四个点不在同一直线上，也不重叠）；
以PrePact边界上C1、C2的中点为C3，以PrePact边界上D1、D2的中点为D3，连接C3和D3得到线段L3，L3将PrePact划分为第一区域和第二区域，其中，第一区域内各个像素点的位置的压力值的平均值大于第二区域内各个像素点的位置的压力值的平均值；
记与第二区域在三维模型上的对应区域存在交集的各个表面分块为测厚分块；或者，记中第二区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块为测厚分块；
记各个测厚分块中压力值最大的像素点所在的位置为测厚像素位置，以第一区域在三维模型中的平均厚度值为THI1，记各个测厚像素位置在三维模型上的厚度值小于或等于THI1的各个测厚像素位置的振动位移最小值为THImin；
将第一区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块的平均厚度值中小于或等于THI1的各个表面分块的厚度值增加THImin；或者，将第一区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块的平均厚度值中小于或等于THI1的各个表面分块的厚度值增加到各个测厚分块中最大的厚度值。
进一步地，紧凑化的具体步骤还包括：将第二区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块的平均厚度值中大于THI1的各个表面分块的厚度值减少THImin。
（智能的动态调整厚度，根据流体力学原理使三维模型的厚度呈现最大均衡化均衡从而减少失速现象，提高根据三维模型生产的发电机的使用寿命）。
其中，振动位移指表面分块中所有像素点的位置移动的距离；厚度指三维模型内外两面之间的平均距离或者三维模型内外两面之间的距离的最大值，即指三维模型的厚薄程度；区域或表面分块的平均厚度值指三维模型上该区域或表面分块内各像素点的厚度的平均值。
本发明还提供了一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统，所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法中的步骤，所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
三维模型构建单元，用于获取风力发电机的三维模型，在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块；
分布压力分析单元，用于将三维模型导入有限元分析软件中，在给定风速边界条件下进行流场分析获取三维模型的表面风压分布作为标准分布压力；
振动位移分析单元，用于在不同的风速条件下，将标准分布压力加载到三维模型上从而获取得到在不同平均风速作用下各个表面分块的振动位移；
待紧凑块搜索单元，用于搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块；
三维模型紧凑单元，用于依次对各个待紧凑块进行紧凑化处理从而获得紧凑后的三维模型。
本发明的有益效果为：本发明通过提供一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，智能的根据压力值和振动位移动态调整厚度发电机厚度增加，根据流体力学原理使三维模型的厚度呈现最大均衡化均衡从而减少在发电机的高速运转之下失速现象，提高根据三维模型生产的发电机的使用寿命，从而提高风力发电机的性能和结构稳定性，提高发电机的寿命和出力稳定性。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1为一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法的流程图；
图2为一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统的结构图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。
如图1所示为根据本发明的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法的流程图，根据图1来阐述根据本发明的实施方式的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
S1，获取风力发电机的三维模型，在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块；
S2，将三维模型导入有限元分析软件中，在给定风速边界条件下进行流场分析获取三维模型的表面风压分布作为标准分布压力；
S3，在不同的风速条件下，将标准分布压力加载到三维模型上从而获取得到在不同平均风速作用下各个表面分块的振动位移；
S4，搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块；
S5，依次对各个待紧凑块进行紧凑化处理从而获得紧凑后的三维模型。
进一步地，在S1中，获取风力发电机的三维模型的方法为：通过Rhino3D软件、3DSMAX软件或者SolidWorks软件建立风力发电机的三维模型，或者，通过三维扫描仪对风力发电机进行扫描获得三维模型。
进一步地，在S1中，在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块的方法包括：通过Delaunay三角剖分、四边形网格划分、Loop细分算法中任意一种进行在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块，其中，三维模型和表面分块由像素点构成。
进一步地，在S2中，将三维模型导入有限元分析软件中，在给定风速边界条件下进行流场分析获取三维模型的表面风压分布作为标准分布压力的方法包括：三维模型导入、曲面切分、网格划分、网格属性定义；设置材料参数、几何属性、边界条件、载荷条件、定义单元的连通性；其中，对三维模型进行网格划分的方法为Delaunay三角剖分；其中，给定风速边界条件为3m/s到25m/s。
进一步地，在S3中，不同的风速条件为风速为5~40 m/s的风速范围中至少一个风速值。
进一步地，在S4中，搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块的方法为以下步骤：
根据表面风压分布获取各个表面分块中所有像素点的位置对应的压力值，以每个表面分块中压力值最大的像素点的位置的振动位移为MaxF，判断MaxF是否表面分块中的各个像素点的位置的振动位移中的最大值，如果否，则标记该表面分块为待紧凑块。
为了进一步地识别出待紧凑块中的一些与周边表面分块压力不均衡的表面分块中，提高识别的准确性，确保整体上压力的受力均衡减少发电机的失速现象，基于风压的线性受压现象，所以本发明提出了一个更优选的方案如下：
优选地，在S4中，搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块的方法为：根据表面风压分布获取各个表面分块中所有像素点的位置对应的压力值，以每个表面分块中压力值最大的像素点的位置的振动位移为MaxF，判断MaxF是否表面分块中的各个像素点的位置的振动位移中的最大值，如果否，则标记该表面分块为待紧凑块；
如果是，则标记该表面分块为待判断块；
对各个待判断块进行进一步判断如下：以WF为待判断块的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置，搜索与待判断块相邻的各个表面分块中MaxF的值最大的表面分块记为压力延伸块；以WEX为压力延伸块的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置，以从WF到WEX的方向作为二维风压向；（与表面分块相邻的意义指与当前表面分块有共同边界的表面分块）；
以表面分块或待判断块或压力延伸块在二维坐标系上的投影y轴最大值记为的最高点，最小值记为的最低点；
以通过待判断块的最高点A1和压力延伸块的最高点A2的直线为LH；以通过待判断块的最低点B1和压力延伸块的最低点B2的直线为LW；在二维坐标系上由直线LH和LW之间的区域构成压力延伸区域EXare；
从待判断块的位置开始沿着二维风压向依次搜索在二维坐标系上的投影在Exare内部的各个表面分块，由搜索到的不满足压力延伸终止条件的各个表面分块构成搜索路径，当搜索到满足压力延伸终止条件的表面分块时停止搜索，并将搜索路径中所有的表面分块记为待紧凑块；
其中，压力延伸终止条件为：FE(Block(i-1))＞FE(Block(i))且FE(Block(i))＜FE (Block(i+1))，其中，Block(i)为从待判断块的位置开始的沿着二维风压向的在二维坐标系上的投影在Exare内部的第i个表面分块，i为表面分块的序号；FE()函数为取表面分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；
或者，压力延伸终止条件为：
Blance(Block(i-1))≤Blance(Block(i))≤Blance(Block(i+1))；
其中，Blance()函数为取表面分块的压力均衡值，表面分块的压力均衡值PB为从第1个表面分块到第i个表面分块中所有表面分块的像素点的压力值的平均值，或者，表面分块的压力均衡值PB的计算方法为：
Figure 484976DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，PMeani为第i个表面分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；N1为从待判断块的位置开始的沿着二维风压向的在二维坐标系上的投影在Exare内部的表面分块的数量，
记从第1个表面分块到第i个表面分块中所有表面分块的像素点的压力值中的最大值对应像素点所在的表面分块为第i个表面分块的峰值分块，Peak{Pmean1,PMeani}为第i个表面分块的峰值分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；记从第i个表面分块到第N1个表面分块中所有表面分块的像素点的压力值中的最小值对应像素点所在的表面分块为第i个表面分块的谷值分块，Vale{PMeani,PmeanN1}为第i个表面分块的谷值分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；
（其中，峰值分块和谷值分块能够精确的体现出第i个表面分块相对的压力均衡风险较大的位置）。
进一步地，在S5中，依次对各个待紧凑块进行紧凑化处理从而获得紧凑后的三维模型为以下步骤：
令所有待紧凑块的集合为待紧凑集合Pact，Pact={paci1}，其中，paci1为集合Pact中第i1个待紧凑块；i1∈[1,N2]，N2为集合Pact中元素的数量；
依次将Pact中各个待紧凑块paci1进行紧凑化获得紧凑后的三维模型；
紧凑化的具体步骤为：记Pact中各个待紧凑块的中心点与paci1的中心点之间距离最近的待紧凑块为Con，以PC1为paci1的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置，以PC2为Con的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置；以PC2到PC1的方向作为紧凑处理方向；
以待紧凑块在二维坐标系上的投影y轴最大值记为的最高点，最小值记为的最低点；
记通过Con的最高点为C1、paci1的最高点为C2、通过Con的最低点为D1、paci1的最低点为D2；以在二维坐标系上由点C1、C2、D1、D2构成的多边形区域为待紧凑区域PrePact；
以PrePact边界上C1、C2的中点为C3，以PrePact边界上D1、D2的中点为D3，连接C3和D3得到线段L3，L3将PrePact划分为第一区域和第二区域，其中，第一区域内各个像素点的位置的压力值的平均值大于第二区域内各个像素点的位置的压力值的平均值；
记与第二区域在三维模型上的对应区域存在交集的各个表面分块为测厚分块；或者，记中第二区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块为测厚分块；
记各个测厚分块中压力值最大的像素点所在的位置为测厚像素位置，以第一区域在三维模型中的平均厚度值为THI1，记各个测厚像素位置在三维模型上的厚度值小于或等于THI1的各个测厚像素位置的振动位移最小值为THImin；
将第一区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块的平均厚度值中小于或等于THI1的各个表面分块的厚度值增加THImin；或者，将第一区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块的平均厚度值中小于或等于THI1的各个表面分块的厚度值增加到各个测厚分块中最大的厚度值。
进一步地，紧凑化的具体步骤还包括：将第二区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块的平均厚度值中大于THI1的各个表面分块的厚度值减少THImin。
其中，振动位移指表面分块中所有像素点的位置移动的距离；厚度指三维模型内外两面之间的平均距离，即指三维模型的厚薄程度；区域或表面分块的平均厚度值指三维模型上该区域或表面分块内各像素点的平均厚度值。
本发明的实施例提供的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统，如图2所示，该实施例的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法实施例中的步骤，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
三维模型构建单元，用于获取风力发电机的三维模型，在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块；
分布压力分析单元，用于将三维模型导入有限元分析软件中，在给定风速边界条件下进行流场分析获取三维模型的表面风压分布作为标准分布压力；
振动位移分析单元，用于在不同的风速条件下，将标准分布压力加载到三维模型上从而获取得到在不同平均风速作用下各个表面分块的振动位移；
待紧凑块搜索单元，用于搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块；
三维模型紧凑单元，用于依次对各个待紧凑块进行紧凑化处理从而获得紧凑后的三维模型。
所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法实施例中的步骤，所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群。
所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中。所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法及系统的示例，并不构成对一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法及系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立元器件门电路或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统的各个分区域。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法及系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card,SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (8)

1.一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1，获取风力发电机的三维模型，在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块；
S2，将三维模型导入有限元分析软件中，在给定风速边界条件下进行流场分析获取三维模型的表面风压分布作为标准分布压力；
S3，在不同的风速条件下，将标准分布压力加载到三维模型上从而获取得到在不同平均风速作用下各个表面分块的振动位移；
S4，搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块；
S5，依次对各个待紧凑块进行紧凑化处理从而获得紧凑后的三维模型；
在S4中，搜索各个表面分块中的振动位移异常的表面分块作为待紧凑块的方法为以下步骤：根据表面风压分布获取各个表面分块中所有像素点的位置对应的压力值，以每个表面分块中压力值最大的像素点的位置的振动位移为MaxF，判断MaxF是否是表面分块中的各个像素点的位置的振动位移中的最大值，如果否，则标记该表面分块为待紧凑块；
在S5中，依次对各个待紧凑块进行紧凑化处理从而获得紧凑后的三维模型为以下步骤：
令所有待紧凑块的集合为待紧凑集合Pact，Pact＝{paci1}，其中，paci1为集合Pact中第i1个待紧凑块；i1∈[1,N2]，N2为集合Pact中元素的数量；
依次将Pact中各个待紧凑块paci1进行紧凑化获得紧凑后的三维模型；
紧凑化的具体步骤为：记Pact中各个待紧凑块的中心点与paci1的中心点之间距离最近的待紧凑块为Con，以PC1为paci1的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置，以PC2为Con的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置；以PC2到PC1的方向作为紧凑处理方向；
以待紧凑块在二维坐标系上的投影y轴最大值记为的最高点，最小值记为的最低点；
记通过Con的最高点为C1、paci1的最高点为C2、通过Con的最低点为D1、paci1的最低点为D2；以在二维坐标系上由点C1、C2、D1、D2构成的多边形区域为待紧凑区域PrePact；以PrePact边界上C1、C2的中点为C3，以PrePact边界上D1、D2的中点为D3，连接C3和D3得到线段L3，L3将PrePact划分为第一区域和第二区域，其中，第一区域内各个像素点的位置的压力值的平均值大于第二区域内各个像素点的位置的压力值的平均值；
记与第二区域在三维模型上的对应区域存在交集的各个表面分块为测厚分块；或者，记第二区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块为测厚分块；
记各个测厚分块中压力值最大的像素点所在的位置为测厚像素位置，以第一区域在三维模型中的平均厚度值为THI1，记各个测厚像素位置在三维模型上的厚度值小于或等于THI1的各个测厚像素位置的振动位移最小值为THImin；
将第一区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块的平均厚度值中小于或等于THI1的各个表面分块的厚度值增加THImin；或者，将第一区域在三维模型上的对应区域内部的各个表面分块的平均厚度值中小于或等于THI1的各个表面分块的厚度值增加到各个测厚分块中最大的厚度值。
2.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，其特征在于，在S1中，获取风力发电机的三维模型的方法为：通过Rhino3D软件、3DS MAX软件或者SolidWorks软件建立风力发电机的三维模型，或者，通过三维扫描仪对风力发电机进行扫描获得三维模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，其特征在于，在S1中，在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块的方法包括：通过Delaunay三角剖分、四边形网格划分、Loop细分算法中任意一种在三维模型上进行网格划分获得若干个表面分块，其中，三维模型和表面分块由像素点构成。
4.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，其特征在于，在S2中，将三维模型导入有限元分析软件中，在给定风速边界条件下进行流场分析获取三维模型的表面风压分布作为标准分布压力的方法包括：三维模型导入、曲面切分、网格划分、网格属性定义；设置材料参数、几何属性、边界条件、载荷条件、定义单元的连通性；其中，对三维模型进行网格划分的方法为Delaunay三角剖分。
5.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，其特征在于，在S3中，不同的风速条件为风速为5～40m/s的风速范围中至少一个风速值。
6.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，其特征在于，在S4中，如果是，则标记该表面分块为待判断块；对各个待判断块进行进一步判断如下：以WF为待判断块的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置，搜索与待判断块相邻的各个表面分块中MaxF的值最大的表面分块记为压力延伸块；以WEX为压力延伸块的几何中心点在二维坐标系上的投影点位置，以从WF到WEX的方向作为二维风压向；
以表面分块或待判断块或压力延伸块在二维坐标系上的投影y轴的最大值记为的最高点，最小值记为的最低点；
以待判断块的最高点A1和压力延伸块的最高点A2两点连成的直线为LH；以待判断块的最低点B1和压力延伸块的最低点B2两点连成的直线为LW；在二维坐标系上由直线LH和LW之间的区域构成压力延伸区域EXare；
从待判断块的位置开始沿着二维风压向依次搜索在二维坐标系上的投影在Exare内部的各个表面分块，由搜索到的不满足压力延伸终止条件的各个表面分块构成搜索路径，当搜索到满足压力延伸终止条件的表面分块时停止搜索，并将搜索路径中所有的表面分块记为待紧凑块；其中，压力延伸终止条件为：FE(Block(i-1))＞FE(Block(i))且FE(Block(i))＜FE(Block(i+1))，其中，Block(i)为从待判断块的位置开始的沿着二维风压向的在二维坐标系上的投影在Exare内部的第i个表面分块，i为表面分块的序号；FE()函数为取表面分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；或者，压力延伸终止条件为：
Blance(Block(i-1))≤Blance(Block(i))≤Blance(Block(i+1))；
其中，Blance()函数为取表面分块的压力均衡值，表面分块的压力均衡值PB为从第1个表面分块到第i个表面分块中所有表面分块的像素点的压力值的平均值，或者，表面分块的压力均衡值PB的计算方法为：
Figure FDA0003744694390000031
其中，PMeani为第i个表面分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；N1为从待判断块的位置开始的沿着二维风压向的在二维坐标系上的投影在Exare内部的表面分块的数量，记从第1个表面分块到第i个表面分块中所有表面分块的像素点的压力值中的最大值对应像素点所在的表面分块为第i个表面分块的峰值分块，Peak{Pmean1,PMeani}为第i个表面分块的峰值分块内各个像素点的位置的压力值的平均值；记从第i个表面分块到第N1个表面分块中所有表面分块的像素点的压力值中的最小值对应像素点所在的表面分块为第i个表面分块的谷值分块，Vale{PMeani,PmeanN1}为第i个表面分块的谷值分块内各个像素点的位置的压力值的平均值。
7.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法，其特征在于，振动位移指表面分块中所有像素点的位置移动的距离；厚度指三维模型内外两面之间的平均距离或者三维模型内外两面之间的距离的最大值，即指三维模型的厚薄程度；区域或表面分块的平均厚度值指三维模型上该区域或表面分块内各像素点的厚度的平均值。
8.一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统，其特征在于，所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1到6中的任意一项所述的一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计方法中的步骤，所述一种基于计算机辅助的风力发电机优化设计系统运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑或云端数据中心的计算设备中。
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