基于正交试验的风电机组塔架结构参数的优化设计

　　0 引 言
　　风电机组塔架受到多种载荷的共同作用，主要有塔架顶部受到的惯性力、重力载荷、风轮承受的空气动力载荷、自然风的作用载荷和风电机组起停时冲击载荷，海上机组还受到波浪载荷。基于塔架的特点及性能要求，在对塔架进行结构设计时，必须进行塔架的静强度分析、模态分析[1]、稳定性分析[2] 和疲劳分析[3]。
　　塔架的结构由多种因素决定，不可能做大量的试验来研究。通过有限元分析方法研究[4]，可以弥补试验数据的不足，可设计大量不同形式、不同尺寸的塔架，来分析各种可能因素对塔架结构的影响，因此有较高的实用价值和参考价值。运用正交试验方法设计[5] 和多元线性回归分析，建立优化数学模型，再应用MATLAB 优化工具箱对模型进行求解，得到了塔架结构优化结果。
　　1 正交试验设计
　　1.1 试验指标和设计参数
　　按照塔架的结构设计要求，需要进行静强度分析、模态分析、稳定性分析和疲劳分析。因此，选取极限强度最大应力、模态一阶频率、屈曲安全系数和疲劳损伤值为正交试验的试验指标。
　　影响塔架结构设计的因素比较多，本文主要考虑塔底外径、塔顶外径、门段壁厚、底部壁厚和顶部壁厚5 个因素。如图1 所示。

图1 塔架结构图