孙金龙，刘海龙

摘 要：风力发电发展迅速，风力机叶片作为风力机的受力结构其损坏是成本的主要部分，叶片的结构设计有着巨大的影响。将叶片划分为不同区域，用叶片前两阶模态固有频率对铺成厚度的关系为指导优化设计。首先，对所有离散块区域铺层厚度的模态灵敏度进行求解，得到前两阶模态频率与铺层厚度变化关系及主要影响区域，最后，采用遗传算法对叶片结构进行优化，得到优化方案。

关键词：叶片;复合材料;模态灵敏度

中图分类号：TU528 文献标识码：A     文章编号：1001-5922（2021）12-0057-05

Study on Modal Sensitivity and Optimization of Composite Blade for Wind Turbine

Sun Jinlong， Liu Hailong

（Bayannao er Branch， Guohua Energy Investment Co.， Ltd.， Bayannaoer 015000， China）

Abstract：Wind power is developing rapidly， and wind turbine blade is the force structure of wind turbine. Its damage is the main part of the cost， which has huge relationship with the blade structure design. The blades are divided into different regions， and the relationship between the first two orders modal natural frequency of the blade to the layer thickness is used to guide the optimization design. Firstly， the modal sensitivity of layer thickness in all the discrete block area is solved. Then， the relationship between the first two order modal frequency and thickness change of blade layer and the main influence area are obtained. Finally， the genetic algorithm is used to optimize blade structure， and the optimization scheme is obtained.

Key words：Blade;Composite materials; Modal sensitivity

0 引言

為解决各国发展日益增加的能源需求和保护自然环境的发展纲要，具有可再生性质的清洁能源成为各国发展的主要目标。其中，风能的产生是源自地表热分布不均引起的气压变化，随即产生的空气的流动而形成的动能。在这个特征下，我国多地如高原、海边等均具有稳定获取风能的条件，在世界各国也引起了较高的重视[1-2]。据报道[3-4]，世界范围内对风能的开发利用均在逐年稳步上升，2017年各国风力资源利用的占比如图1所示;2001—2017年度全球风力发电装置数量如图2所示。

随着全球风电年累计发电量的增加，风力发电机的功率成为限制风能发展的核心要素，为获取更高的风能，风机叶片的设计需求也在往更大、更薄、更稳定的趋势发展，但更大更薄的叶片势必影响到叶片的强度设计，在自重和风力的载荷下很容易出现失效断裂等严重的工程问题 [5-6]。在……