大型风电齿轮箱行星架模态分析与多目标优化

【摘要】：在风电齿轮箱中，行星架作为扭矩输入端的零件所受载荷最大，其结构性能不仅影响沿齿宽方向的载荷分布，而且影响行星轮间载荷分布的均匀性，是风电齿轮箱中最为关键的零件之一，所以对行星架进行模态分析与优化对提高风机的效率和使用寿命有着至关重要的作用。 本文首先对1.5MW风电齿轮箱行星架进行了受力分析，得到行星架的载荷分布及载荷大小，并模拟行星架的实际工作受力情况进行有限元静力学分析，建立行星架的三维有限元模型，得到行星架在极限力作用下的位移分布云图和应力分布云图，满足材料的强度要求和刚度要求。 其次，针对行星架进行有限元模态分析，运用ANSYS-WORKBENCH及上述建立的三维有限元模型进行模态分析。第一个非零固有频率为401.5HZ，其振型主要由摆振和扭振组成。同时用自由悬挂的方式对行星架零件进行模态实验测试分析，实验结果与有限元对比分析，各阶固有频率最大误差为0.6%，证明了有限元模型能够准确的模拟实际行星架结构，可用来进行仿真计算，其计算结果对实际零件设计具有很大的参考意义。 最后，利用有效的行星架模型进行结构的多目标优化，利用Full-2Order polynomials方式和线性回归分析进行响应面函数的拟合。利用遗传算法进行优化分析，并利用评价参数对优化解集进行排序，得到最优优化结果。大大优化了行星架的性能，降低了行星架的生产成本。 通过对行星架的模态分析和多目标优化计算，能更好的了解行星架的静态特性和动态特性，同时利用多目标优化大大降低了行星架的质量和最大应力，避免应力集中现象发生，提高了行星架的动态性能和疲劳寿命，进而降低了企业的生产成本和维修成本，有利于产品的市场推广和风电技术的发展。 【关键词】：行星架 模态分析 多目标优化 响应面方法 遗传算法
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题来源及研究意义8
• 1.2 国内外研究现状及趋势8-11
• 1.3 主要研究内容11-13
• 2 有限元分析与多目标优化方法13-20
• 2.1 总体方案13-14
• 2.2 静力学有限元分析14-15
• 2.3 模态分析15-17
• 2.4 多目标优化遗传算法17-19
• 2.5 结论19-20
• 3 行星架模态数值模拟与实验研究20-40
• 3.1 风电齿轮箱结构特点20-22
• 3.2 行星架的静力学有限元分析22-29
• 3.3 行星架模态的有限元分析29-32
• 3.4 行星架模态实验研究32-39
• 3.5 结论39-40
• 4 行星架的多目标结构优化40-59
• 4.1 行星架结构优化流程40-41
• 4.2 基于多项式方法的响应面模型41-52
• 4.3 基于遗传算法的多目标优化52-58
• 4.4 结论58-59
• 5 总结与展望59-61
• 5.1 全文总结59-60
• 5.2 研究展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的学术论文67

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