风电机组叶片结构和载荷复杂，服役性能要求高，结构设计过程涉及多相材料、多参数、多目标的优化和计算规模大等问题。本书系统深入地阐述了风电机组叶片结构设计优化理论与方法体系。全书共七章，包括风电机组叶片的结构/性能/载荷计算、复合材料层合板及结构优化理论和方法、铺层参数对风电机组叶片结构性能的影响分析、多相材料拓扑优化策略，以及风电机组叶片多相材料宏观拓扑优化方法、离散纤维细观铺角优化方法、纤维铺角变刚度优化设计方法、纤维铺角与铺层厚度协同优化设计方法及应用。
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1985年9月-1989年7月，内蒙古工学院机械制造工艺及设备专业，本科，工学学士学位
2000年9月-2002年7月 清华大学机械电子工程专业，硕士，工学硕士学位
2002年9月-2005年9月 北京理工大学动力机械及工程专业，博士，工学博士学位
1989年7月-至今，内蒙古工业大学机械工程学院从事机械工程学科的教学和科研工作。机械工程，结构设计与优化内蒙古“草原英才”、内蒙古高等学校教学名师、内蒙古优秀科技工作者。
内蒙古力学学会常务理事、中国机械工业教育协会机械设计制造及其自动化学科教学委员会委员、内蒙古自治区知识产权人才智库专家、内蒙古自治区品牌标准化技术委员会委员等。
期刊“太阳能学报（EI）、太阳能”、“现代制造技术与装备”编委。
国家级特色专业、国家大学生校外实践教育基地建设项目、内蒙古重点建设专业、内蒙古优秀教学团队负责人等。
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 风电机组叶片概述 1
1.1.1 叶片的结构形式 1
1.1.2 叶片的结构设计要求 3
1.1.3 某1.5MW风电机组叶片 4
1.1.4 叶片的载荷计算 11
1.2 复合材料层合板 19
1.2.1 复合材料层合板简介 19
1.2.2 复合材料层合板的铺层设计原则 20
1.2.3 复合材料层合板失效准则 22
1.2.4 复合材料层合板标记 23
1.2.5 经典层合板理论 25
1.3 结构优化 32
1.3.1 结构优化基础 33
1.3.2 结构优化分类 41
1.3.3 结构优化的数值不稳定现象 43
1.4 风电机组叶片多相材料拓扑优化 44
1.5 本章小结 46
参考文献 46
第2章 铺层参数对风电机组叶片结构性能的影响分析 50
2.1 响应面法 50
2.1.1 试验设计法的基本术语 50
2.1.2 响应面法的基本原理 50
2.1.3 一阶响应面法 51
2.1.4 二阶响应面法 52
2.2 铺层参数对风电机组叶片结构性能的耦合影响分析 56
2.2.1 铺层参数与叶片结构性能间数学模型的建立 56
2.2.2 铺层参数对叶片结构性能的耦合影响分析 60
2.3 铺层参数对风电机组叶片结构性能影响的灵敏度分析 63
2.3.1 单铺层参数对叶片结构性能影响的区间灵敏度分析 63
2.3.2 多铺层参数对叶片结构性能影响的相对灵敏度分析 67
2.4 基于灵敏度分析的风电机组叶片铺层参数稳定域划分 73
2.4.1 铺层参数稳定域划分方法 74
2.4.2 面向叶片强度的铺层参数稳定域划分 75
2.4.3 面向叶片刚度的铺层参数稳定域划分 78
2.4.4 叶片结构性能较优的铺层参数综合稳定域 81
2.5 本章小结 82
参考文献 83
第3章 多相材料拓扑优化策略 85
3.1 基于刚度矩阵插值的多相材料拓扑优化 85
3.1.1 基于本构矩阵的材料插值 85
3.1.2 基于刚度矩阵的材料插值 88
3.1.3 基于刚度矩阵插值的多相材料拓扑优化流程 90
3.1.4 数值算例 91
3.2 考虑分区策略的多相材料拓扑优化 93
3.2.1 分区优化 93
3.2.2 数值算例 95
3.3 离散变量量化方法 100
3.4 考虑隐式约束的复合材料层合板分区优化方法 103
3.4.1 隐式约束 103
3.4.2 考虑隐式约束的复合材料层合板分区优化设计 104
3.4.3 数值算例 106
3.5 提高优化收敛速度和收敛率的措施 110
3.5.1 引入设计变量求和约束 110
3.5.2 引入价值函数 112
3.5.3 消除灰度问题的策略 113
3.6 本章小结 115
参考文献 116
第4章 风电机组叶片多相材料宏观拓扑优化方法及应用 118
4.1 连续体结构多相材料拓扑优化方法 118
4.2 基于ICM方法的复合材料层合板多相材料宏观拓扑优化 127
4.2.1 过滤函数的选取 127
4.2.2 多相材料拓扑优化的插值 128
4.2.3 基于ICM方法的多相材料宏观拓扑优化数学模型 129
4.2.4 结构响应量的灵敏度分析 131
4.2.5 数值算例 133
4.3 基于ICM方法的风电机组叶片多相材料宏观拓扑优化 136
4.3.1 以强度为约束的叶片多相材料宏观拓扑优化 137
4.3.2 以位移为约束的叶片多相材料宏观拓扑优化 142
4.4 考虑密度变化率约束的叶片多相材料宏观拓扑优化 148
4.4.1 密度变化率约束 148
4.4.2 叶片多相材料宏观拓扑优化 155
4.5 本章小结 162
参考文献 163
第5章 风电机组叶片离散纤维细观铺角优化方法及应用 166
5.1 离散材料优化方法 166
5.1.1 经典离散材料优化 167
5.1.2 离散材料优化方法的拓展 170
5.2 序列梯度追赶法 176
5.2.1 SGC方法的核心思想与实现机制 176
5.2.2 优化流程与算法实现 179
5.2.3 SGC方法的可行性测试 183
5.2.4 数值算例 185
5.3 二分插值优化法 192
5.3.1 核心思想和实现机制 192
5.3.2 灵敏度分析 200
5.3.3 数值算例 202
5.4 风电机组叶片离散纤维细观铺角优化 209
5.4.1 叶片分区细观纤维铺角拓扑优化数学模型和灵敏度分析 209
5.4.2 优化流程和收敛准则 211
5.4.3 距叶根三分之一段叶片的优化结果及分析 213
5.4.4 全尺寸叶片的优化结果及分析 221
5.5 本章小结 223
参考文献 225
第6章 风电机组叶片连续纤维铺角变刚度优化设计方法及应用 229
6.1 复合材料层合板变刚度优化设计 229
6.2 复合材料层合参数 230
6.2.1 层合参数 231
6.2.2 基于纤维铺角的层合板刚度性能表征 232
6.2.3 基于层合参数的层合板刚度性能表征 232
6.2.4 层合参数可行域 236
6.3 基于层合参数的复合材料层合板连续纤维铺角变刚度优化设计 239
6.3.1 复合材料层合参数变刚度优化设计方法 239
6.3.2 层合参数分布转化为纤维铺角分布的实现方法 243
6.3.3 数值算例验证 250
6.4 基于层合参数的风电机组叶片连续纤维铺角变刚度优化设计 262
6.4.1 基于层合参数的叶片连续纤维铺角变刚度优化数学模型 262
6.4.2 基于层合参数的叶片连续纤维铺角变刚度优化实现流程 262
6.4.3 基于层合参数的距叶根三分之一段叶片连续纤维铺角变刚度优化设计 264
6.4.4 基于层合参数的全尺寸叶片连续纤维铺角变刚度优化设计 268
6.5 本章小结 270
参考文献 271
第7章 风电机组叶片纤维铺角与铺层厚度协同优化设计方法及应用 274
7.1 引言 274
7.2 纤维铺角与铺层厚度协同优化 274
7.2.1 问题描述 274
7.2.2 优化数学模型 277
7.2.3 灵敏度分析 278
7.3 铺层厚度连续化 281
7.3.1 厚度过滤技术 281
7.3.2 厚度过滤验证 283
7.4 优化流程 286
7.5 协同优化数值算例 287
7.5.1 L型支架协同优化 287
7.5.2 固端梁协同优化 288
7.5.3 圆柱壳协同优化 290
7.6 风电机组全尺寸叶片纤维铺角与铺层厚度协同优化 292
7.7 本章小结 295
参考文献 295
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