[发明专利]一种基于结构拓扑优化的风力机叶片优化设计方法

权利要求书

1.一种基于结构拓扑优化的水平轴风力机叶片的优化设计方法，所述叶片包括蒙皮（1）、腹板（4）和梁帽（3、5），所述梁帽（3、5）与腹板（4）包括若干个开孔（6、7、8），其特征在于，该优化设计方法包括以下步骤：

1）根据设计要求，采用现有的叶片设计方法，确定叶片的气动外形参数和腹板（4）、梁帽（3、5）的初始结构参数，作为优化前的初始设计；

2）采用有限元数值分析方法，对所设计的初始叶片结构进行有限元网格划分，根据叶片实际承载情况确定其边界条件；

3）以梁帽（3、5）与腹板（4）上材料质量的分布为优化设计变量，以保障叶片承载能力的前提下，降低叶片重量为优化目标；

4）通过采用通用的拓扑优化方法，对上述优化目标及变量下的叶片结构进行优化分析，依据分析结果，并在考虑叶片加工工艺的情况下，对腹板（4）与梁帽（3、5）进行开孔设计，确定腹板（4）与梁帽（3、5）的初步开孔位置及开孔尺寸；

5）完成步骤1）至步骤4）后，得到初步设计完成的叶片结构；

6）根据设计要求，对初步设计完成的叶片结构进行强度、刚度和疲劳校核，根据校核结果，对初步设计的叶片结构进行调整，获得保证叶片具有良好结构性能的最终结构形式；

通过以上步骤实施，完成叶片的拓扑优化设计过程，在设计过程中，对叶片的气动外形不做调整，保持与步骤1）中一致，以保证其气动性能符合设计要求。

2.根据权利要求1所述的优化设计方法，其特征在于，采用在梁帽（3、5）与腹板（4）上开孔的方式实现结构的拓扑优化，通过优化分析，实现对开孔（6、7、8）结构的调整，调整参数包括腹板（4）、梁帽（3、5）上的开孔位置、开孔尺寸。

3. 根据权利要求1或2所述的优化设计方法，其特征在于，所述梁帽包括上梁帽（3）和下梁帽（5）。

4.根据权利要求1或2所述的优化设计方法，其特征在于，所述开孔包括上梁帽开孔（6）、腹板开孔（7）和下梁帽开孔（8）。

5.根据权利要求1或2所述的优化设计方法，其特征在于，所述开孔（6、7、8）为矩形开孔。

6.根据权利要求1或2所述的优化设计方法，其特征在于，所述开孔（6、7、8）的数目、尺寸和排布位置依据优化与校核结果确定。