5KWH型垂直轴风力发电机叶片结构优化设计

摘要

随着人类对能源需求的日益增长，绿色能源，尤其是风资源越来越受到人们的关注。虽然人类对水平轴风力发电机的研究已经有一段时间，但是关于垂直轴风力发电机的研究还处于起步阶段。本文旨在研究H型垂直轴风力发电机叶片的复合材料铺层结构的优化和设计，从而得到结构更合理、质量更轻并满足强度要求的叶片。
　　本文采用空气动力学相关理论对垂直轴风机的叶片进行气动载荷的计算，获得不同位置的气动力载荷，之后运用Matlab软件对翼型剖面进行剪流分析和计算，获得最优的剖面结构。
　　在腹板位置优化的基础上，首先确定各角度下基本铺层的铺层数，再结合遗传算法，通过 Matlab编写程序对这种结构下的复合材料叶片铺层顺序进行优化，最终得到最优的叶片铺层结构。结果表明，采用这种方式的铺层优化对具有层压板结构的垂直轴风机复合材料叶片是有效的。
　　最后，通过逐步减少单层厚度的方法使垂直轴风机叶片具有更轻的质量，并通过整机的有限元计算和分析，确保优化后的叶片结构能满足强度要求。计算结果表明即使在应力集中情况下，叶片各铺层仍能满足强度要求不破坏，达到了预期的优化要求。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1引言

1.2 国内外风机发展现状

1.3 风机叶片研究现状

1.4 本文研究的内容

第二章 叶片设计的气动载荷计算

2.1 叶片的气动理论

2.2 气动性能模型修正

2.3 气动载荷计算结果

2.3 本章小结

第三章 叶片腹板优化设计

3.1 多闭室剖面剪流理论

3.2 基于Matlab语言的叶片腹板优化流程

3.3 叶片腹板位置优化计算结果

3.4 本章小结

第四章 叶片铺层优化设计

4.1 遗传算法理论

4.2 遗传算法优化叶片铺层的优点

4.3 复合材料叶片铺层顺序优化

4.4 有限元优化结果

4.5 本章小结

第五章 复合材料叶片厚度优化

5.1 垂直轴风机整机网格划分

5.2 载荷和边界条件

5.3 叶片铺层方案和性能参数

5.4 叶片厚度优化结果

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文