《表2 优化结果柔顺度值统计》

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《基于失效-安全拓扑优化的风电机组塔架概念设计》

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考虑到风电机组在实际工作中载荷方向会发生改变，在优化过程中通过平均每个面单元的敏度参数，强制棱柱四个面具有相同的结构，同时每个面的结构对称。整个塔筒模型均作为优化设计区域，优化体积分数约束为0.45，材料弹性模量为210000MPa，泊松比为0.3。采用非失效-安全拓扑优化获得的结构如图3(a）所示，采用失效-安全拓扑优化方法获得的结构如图3(b）所示。由图可知，通过失效-安全拓扑优化方法获得的塔架结构相较于非失效-安全拓扑优化，部件尺寸变得更小，部件数量变得更多，在某一区域出现失效后，结构的传力路径不会完全遭到破坏，仍然能够提供支撑。失效-安全拓扑优化获得的塔架结构在直角边旁增加了两根纵向的部件，因此，在直角处的部件被破坏之后仍然能够由旁边的部件承受载荷。非失效-安全和失效-安全拓扑优化的柔顺度值如表2所示，二者在部分区域失效之后的柔顺度如图4所示。虽然采用失效-安全拓扑优化在结构完整状态下柔顺度值有一定的提升，但是各失效模式下的最大柔顺度值降低了许多，提高了塔架的失效-安全性能。无论是从最终的拓扑结构，还是柔顺度值都可以发现塔架顶部结构的设计对塔架的失效-安全性能影响相对较小。