风电机组塔架优化设计系统开发研究

【摘要】：塔架是风电机组的重要支撑部件,需要承受风电机组运行时各种载荷产生的影响。目前,塔架设计主要依靠设计人员的经验采用三维或二维设计工具开展自主设计或改型设计,存在设计工作量和分析计算量大、设计重用率低等问题,严重影响了风电机组整体设计效率和企业市场竞争力的提升。针对这一问题,在分析塔架结构特点和设计流程的基础上,本文构建了风电机组塔架优化设计系统。 本文分析了塔架优化设计系统的结构体系和功能模块,研究了系统中结构配置、分析优化、参数化设计和设计输出模块之间的关系。建立了塔架通用结构模型,提出了一种基于GBOM的塔架配置设计方法。利用有限元分析软件MSC.Patran,建立塔架有限元模型,对塔架的静态和动态特性进行分析,并提出一种结合有限元分析的塔架优化方法。研究了塔架参数化设计方法,结合Pro/E的二次开发技术和自顶向下设计方法,实现了塔架的参数化设计。根据塔架结构配置以及分析优化结果,建立了塔架零件以及零部件之间的参数关系模型,并基于骨架和坐标轴重合方法实现了塔架三维模型自动装配。 本文以有限元分析软件MSC.Patran为平台,应用该软件实现了塔架的有限元分析操作。采用Pro/E5.0工程软件为支撑平台,在Visual C++6.0开发环境下,利用自顶向下思想和Pro/E二次开发技术,对塔架参数化设计部分进行开发。以某型1.5MW风电机组塔架为例对该系统进行验证,结果表明应用本系统不但可以得到准确的分析结果,而且提高了塔架的设计效率,为塔架快速设计方法的深入研究打下了良好的基础。 【关键词】：风电机组塔架 配置设计 参数化设计 有限元 优化设计
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 论文的提出9-10
• 1.2 相关研究现状10-11
• 1.3 课题来源11
• 1.4 研究内容及意义11-13
• 第二章 风电机组塔架优化设计系统总体设计13-21
• 2.1 风电机组结构概述13-15
• 2.1.1 风电机组的构成13-14
• 2.1.2 风电机组塔架结构特点分析14-15
• 2.2 系统结构分析15-18
• 2.2.1 系统体系结构15-16
• 2.2.2 系统功能分析16-18
• 2.3 结构配置模块18-19
• 2.4 分析优化模块19
• 2.5 参数化设计模块19-20
• 2.6 设计输出模块20-21
• 第三章 基于GBOM的风电机组塔架配置设计方法21-29
• 3.1 产品配置理论概述21-24
• 3.1.1 产品配置定义21-22
• 3.1.2 配置模型建立方法22-24
• 3.2 塔架可配置性分析24
• 3.3 基于GBOM的塔架通用结构模型24-29
• 3.3.1 塔架通用结构模型24-27
• 3.3.2 基于GBOM的塔架通用结构模型的配置单元表示27-28
• 3.3.3 基于GBOM的塔架通用结构模型的配置单元的约束关系28-29
• 第四章 风电机组塔架有限元分析及优化设计29-34
• 4.1 有限元法概述29
• 4.2 塔架分析优化过程29-31
• 4.2.1 优化设计数学模型29-30
• 4.2.2 优化设计流程30-31
• 4.3 塔架有限元模型建立31-34
• 4.3.1 塔架几何建模31-32
• 4.3.2 塔架的单元选择和网格划分32-33
• 4.3.3 塔架材料属性及边界条件33-34
• 第五章 风电机组塔架参数化设计方法34-41
• 5.1 参数化设计技术概述34-35
• 5.2 基于Pro/E 的自顶向下设计概述35-36
• 5.3 基于Pro/E 的自顶向下塔架参数化设计方法36-41
• 5.3.1 明确设计意图，定义塔架初始结构37
• 5.3.2 建立塔架骨架模型37-38
• 5.3.3 建立塔架零部件的参数化模型库38-39
• 5.3.4 建立塔架零部件之间参数关系模型39-41
• 第六章 系统实现与工程实例41-54
• 6.1 系统实现方法41-44
• 6.1.1 基于VC++的人机界面设计41-42
• 6.1.2 基于MSC.Patran 的有限元分析42-43
• 6.1.3 基于Pro/E 的参数化设计43-44
• 6.2 应用实例44-54
• 6.2.1 某型号风电机组塔架设计参数44
• 6.2.2 系统应用44-54
• 第七章 结论54-55
• 参考文献55-57
• 在学研究成果57-58
• 致谢58

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