在不同约束条件下复合材料风力涡轮机叶片的结构拓扑优化 | MDPI Wind

本文针对复合材料风力涡轮机叶片在不同约束条件下的结构拓扑优化展开研究，背景是风电行业对更大、更高效叶片设计的工程挑战。研究目的旨在通过拓扑优化改善叶片在静态变形极限和模态频率提升约束下的结构性能，同时实现减重。研究采用ANSYS Workbench软件，对30.27米长的碳纤维增强塑料叶片进行有限元分析与拓扑优化，通过静态和模态分析，在保持原始气动外形的前提下优化材料分布。结果表明，优化后的设计使叶片基频从2.32 Hz提升至2.99 Hz，总质量降低约49%（从4.55×10⁵ kg降至约2.34×10⁵ kg），且静态优化方案在翼面方向刚度上表现更优，有利于维持气动效率。结论指出，拓扑优化可在不改变气动外形条件下显著减轻质量、提升结构性能，未来需引入先进复合材料模型并扩展至瞬态载荷工况。