基于正交試驗的風電機組塔架結構參數的優化設計

　　0 引 言
　　風電機組塔架受到多種載荷的共同作用，主要有塔架頂部受到的慣性力、重力載荷、風輪承受的空氣動力載荷、自然風的作用載荷和風電機組起停時沖擊載荷，海上機組還受到波浪載荷。基于塔架的特點及性能要求，在對塔架進行結構設計時，必須進行塔架的靜強度分析、模態分析[1]、穩定性分析[2] 和疲勞分析[3]。
　　塔架的結構由多種因素決定，不可能做大量的試驗來研究。通過有限元分析方法研究[4]，可以彌補試驗數據的不足，可設計大量不同形式、不同尺寸的塔架，來分析各種可能因素對塔架結構的影響，因此有較高的實用價值和參考價值。運用正交試驗方法設計[5] 和多元線性回歸分析，建立優化數學模型，再應用MATLAB 優化工具箱對模型進行求解，得到了塔架結構優化結果。
　　1 正交試驗設計
　　1.1 試驗指標和設計參數
　　按照塔架的結構設計要求，需要進行靜強度分析、模態分析、穩定性分析和疲勞分析。因此，選取極限強度最大應力、模態一階頻率、屈曲安全系數和疲勞損傷值為正交試驗的試驗指標。
　　影響塔架結構設計的因素比較多，本文主要考慮塔底外徑、塔頂外徑、門段壁厚、底部壁厚和頂部壁厚5 個因素。如圖1 所示。

圖1 塔架結構圖