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浅析1.5MW级风力发电机轮毂的结构优化作者：张振和 王江来源：《中国科技博览》2014年第09扫频信号源期 摘要：本文以1.5MW级风力发电机轮毂为研究对象，先对轮毂进行拓扑优化，验证拓扑结构，然后对轮毂进行自由尺寸优化，设计出一种新型的轮毂结构，优化后的轮毂不仅在重量上有所降低，而且轮毂的强度也得到了加强，疲劳寿命满足使用要求。
关键词：轮毂；拓扑优化；有限元法；尺寸优化膜加盖
【分类号】：横向切片TM315原油脱硫剂
风力发电在中国起步较晚，过去几年国内生产的大型风电机组均采用引进图样的方式生产。在消化与吸收外国技术的基础上，风电行业需要大胆改进产品技术，创造出适合中国特的风力发电机，但是国内很少有人系统地对风机关键部件进行结构优化。
发热的鞋子 轮毂在大型风力发电机传动系统中连接叶片和主轴，承受复杂的交变载荷，这对轮毂强度提出很高的要求。为了满足强度要求，有些轮毂设计得非常笨重而且巨大，轮毂过重增加
了制造成本，同时转动惯量过大增加了系统控制难度，因此有必要对轮毂进行结构优化设计。
目前对优化问题最常用的算法是数学规划法，Altair公司的有限元软件OptiStruct采用的凸规划对偶法，是当今最成熟也是应用最广泛的优化软件。本文以现国内风机行业主流产品1.5MW双馈风力发电机的轮毂为优化对象，首先对轮毂设计空间进行拓扑优化，验证轮毂拓扑形状并提出改进意见，然后对轮毂进行减重结构优化，采用自由尺寸优化方法，出轮毂具体的厚度分布，重新设计轮毂，计算轮毂结构极限静强度和疲劳强度。
1 轮毂的结构拓扑优化
1.1 建立有限元模型
1.5MW级风力发电机的轮毂连接三个叶片组成风轮，风轮扑捉风能，然后通过主轴把风能传递给增速齿轮箱，有限元整个模型的建立包含轮毂、叶片变桨轴承外圈和主轴法兰组成。假设配套变桨轴承和主轴法兰结构和尺寸已知，轮毂为一实心的柱体，其假设柱体为需要进行拓扑优化的轮毂原始设计空间，变桨轴承和主轴法兰决定轮毂实心柱体边界条件的添加。
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