大型風電齒輪箱行星架模態(tài)分析與多目標優(yōu)化

【摘要】：在風電齒輪箱中，行星架作為扭矩輸入端的零件所受載荷最大，其結(jié)構(gòu)性能不僅影響沿齒寬方向的載荷分布，而且影響行星輪間載荷分布的均勻性，是風電齒輪箱中最為關(guān)鍵的零件之一，所以對行星架進行模態(tài)分析與優(yōu)化對提高風機的效率和使用壽命有著至關(guān)重要的作用。 本文首先對1.5MW風電齒輪箱行星架進行了受力分析，得到行星架的載荷分布及載荷大小，并模擬行星架的實際工作受力情況進行有限元靜力學分析，建立行星架的三維有限元模型，得到行星架在極限力作用下的位移分布云圖和應(yīng)力分布云圖，滿足材料的強度要求和剛度要求。 其次，針對行星架進行有限元模態(tài)分析，運用ANSYS-WORKBENCH及上述建立的三維有限元模型進行模態(tài)分析。第一個非零固有頻率為401.5HZ，其振型主要由擺振和扭振組成。同時用自由懸掛的方式對行星架零件進行模態(tài)實驗測試分析，實驗結(jié)果與有限元對比分析，各階固有頻率最大誤差為0.6%，證明了有限元模型能夠準確的模擬實際行星架結(jié)構(gòu)，可用來進行仿真計算，其計算結(jié)果對實際零件設(shè)計具有很大的參考意義。 最后，利用有效的行星架模型進行結(jié)構(gòu)的多目標優(yōu)化，利用Full-2Order polynomials方式和線性回歸分析進行響應(yīng)面函數(shù)的擬合。利用遺傳算法進行優(yōu)化分析，并利用評價參數(shù)對優(yōu)化解集進行排序，得到最優(yōu)優(yōu)化結(jié)果。大大優(yōu)化了行星架的性能，降低了行星架的生產(chǎn)成本。 通過對行星架的模態(tài)分析和多目標優(yōu)化計算，能更好的了解行星架的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，同時利用多目標優(yōu)化大大降低了行星架的質(zhì)量和最大應(yīng)力，避免應(yīng)力集中現(xiàn)象發(fā)生，提高了行星架的動態(tài)性能和疲勞壽命，進而降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本和維修成本，有利于產(chǎn)品的市場推廣和風電技術(shù)的發(fā)展。 【關(guān)鍵詞】：行星架 模態(tài)分析 多目標優(yōu)化 響應(yīng)面方法 遺傳算法
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH132.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-13
• 1.1 課題來源及研究意義8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢8-11
• 1.3 主要研究內(nèi)容11-13
• 2 有限元分析與多目標優(yōu)化方法13-20
• 2.1 總體方案13-14
• 2.2 靜力學有限元分析14-15
• 2.3 模態(tài)分析15-17
• 2.4 多目標優(yōu)化遺傳算法17-19
• 2.5 結(jié)論19-20
• 3 行星架模態(tài)數(shù)值模擬與實驗研究20-40
• 3.1 風電齒輪箱結(jié)構(gòu)特點20-22
• 3.2 行星架的靜力學有限元分析22-29
• 3.3 行星架模態(tài)的有限元分析29-32
• 3.4 行星架模態(tài)實驗研究32-39
• 3.5 結(jié)論39-40
• 4 行星架的多目標結(jié)構(gòu)優(yōu)化40-59
• 4.1 行星架結(jié)構(gòu)優(yōu)化流程40-41
• 4.2 基于多項式方法的響應(yīng)面模型41-52
• 4.3 基于遺傳算法的多目標優(yōu)化52-58
• 4.4 結(jié)論58-59
• 5 總結(jié)與展望59-61
• 5.1 全文總結(jié)59-60
• 5.2 研究展望60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-67
• 附錄 1 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文67

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