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風(fēng)機(jī)葉片復(fù)合材料優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果及價(jià)值

隨著風(fēng)機(jī)葉片尺寸向大型化發(fā)展，目前葉片通過采用輕質(zhì)高強(qiáng)性能的符合材料來達(dá)到其減重的目的，如碳纖維增加復(fù)合材料或碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料。由于碳纖維和碳納米管成本較高，風(fēng)機(jī)葉片成本相應(yīng)提高。如何在保證其最佳力學(xué)性能的前提下同時(shí)實(shí)現(xiàn)大型化、輕量化和低成本是當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。拓?fù)鋬?yōu)化可以在給定材料組分及用量的情況下，通過改變其材料布局實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)力學(xué)性能。所以通過對(duì)風(fēng)機(jī)葉片復(fù)合材料進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、輕量化設(shè)計(jì)。同時(shí)工程實(shí)際中風(fēng)機(jī)葉片復(fù)合材料為三位結(jié)構(gòu)，從而開展三位復(fù)合材料結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化更符合工程實(shí)際和具有應(yīng)用價(jià)值。以復(fù)合材料三維等效彈性矩陣主對(duì)角線分量的加權(quán)組合為優(yōu)化目標(biāo)、總實(shí)體材料體積分?jǐn)?shù)為約束條件，建立了三維拓?fù)鋬?yōu)化模型。采用優(yōu)化準(zhǔn)則法結(jié)合靈敏度過濾技術(shù)對(duì)問題進(jìn)行求解，得到了不同優(yōu)化目標(biāo)下的最優(yōu)微結(jié)構(gòu)。數(shù)值算例表明，微結(jié)構(gòu)構(gòu)型符合拓?fù)鋬?yōu)化材料分布規(guī)律，優(yōu)化過程平穩(wěn)，迭代次數(shù)少并且收斂速度快，優(yōu)化目標(biāo)不存在上下起伏的情況。優(yōu)化結(jié)果可為風(fēng)機(jī)葉片符合材料微機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考。
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