风力机大尺度变体叶片的刚柔耦合多体系统优化设计与集成方法的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51605140
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

To reduce structural load, enhance operation stability and energy capture efficiency of large wind turbine, taking the blade of wind turbine as research object, large-deformation morphing mechanism, serving as internal supporting structure, of the blade will be designed, and the external flexible skin structure will be studied and manufactured. Optimization on kinematics, dynamics modeling and relevant parameters of the morphing mechanism will be preliminarily studied according to morphing requirements and path planning methods. The selection method for flexible skin material with high strain and load bearing capacity and the 3D multi-objective topology optimization of supporting structure will be investigated. The coupled rigid-flexible multi-body system that integrates the morphing mechanism and the flexible skin will be carefully studied, to reveal the energy transfer mechanism of the coupled rigid-flexible system under load, and thus to establish the mathematic relationship between the parameters of material and structure and efficiency of the morphing system. A principle prototype will be manufactured, to validate the deformation performance of the morphing mechanism and the load bearing capacity of the blade configuration through numerical method, ground test and wind tunnel test. Then new methods for optimization design and integration of coupled rigid-flexible multi-body system for flexible morphing blade of wind turbine that satisfies the requirements of high load capacity, high stability and high energy capture efficiency will be eventually obtained. The new type morphing blade proposed in this project will solve bottle-neck problems on load bearing and efficiency of blade of large wind turbine, which is of great significance for the application of large-scale wind turbine, especially the offshore wind turbine in China.
为减轻大型风力机的结构载荷、提高其运行稳定性和能量获取效率,以风力机叶片为研究对象,拟设计叶片内部支撑大尺度变体机构,研制外部柔性蒙皮结构。根据变体需求和路径规划方法对变体机构进行运动学、动力学建模和相关参数的优化分析;探索大应变、高承载柔性蒙皮材料的优选方法及支撑结构的三维多目标拓扑优化;研究变体机构与柔性蒙皮一体化集成的刚柔耦合多体系统,揭示叶片在载荷作用下刚柔耦合系统的能量传递机制,建立材料、结构参数与系统变体效率之间的数学关系;研制大尺度柔性变体叶片原理样机,通过数值方法、地面试验和风洞试验验证叶片大尺度变体和承载的能力;最终获得风力机大尺度变体叶片刚柔耦合多体系统的优化设计与集成方法,从而满足大型风力机高承载、高稳定性和高能量获取率的要求。本项目提出的新型变体叶片可解决大型风力机叶片承载和效率的瓶颈问题,对推动我国大型风力机、尤其是海上风力机的应用具有重要的意义。

结项摘要

本课题主要针对风力机变体叶片关键技术中的柔性蒙皮和变体构型进行了研究。在柔性蒙皮研究方面,考虑蒙皮需要具有变形和承载双重能力,提出了适用于一维变形柔性蒙皮内部支撑的四种手风琴结构,通过力学理论对其结构特性进行了深入研究,并结合有限元仿真和实验对其面内外特性进行了验证;此外,将一维变形支撑结构向二维变形拓展,提出了适用于二维变形柔性蒙皮内部支撑的四种多胞结构,结合力学理论和有限元仿真对其面内外特性进行了研究。在变体构型方面,本研究设计并研究了一种变后掠叶片构型,其后掠角与面积可发生大幅度变化。本研究将基础力学理论应用于变体结构的设计与分析,为大型风力机的柔性蒙皮技术及构型设计研究提供科学的参考依据。在此基础上,本研究有望为大型风力机减轻载荷、提高稳定性和能量获取效率提供新的参考思路。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
Theoretical analysis on the elasticity of a novel accordion cellular honeycomb core with in-plane curved beams
新型面内曲梁风琴蜂窝芯材弹性理论分析
  • DOI:
    10.1177/1099636218768174
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Sandwich Structures and Materials
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Weidong Liu;Honglin Li;Jiong Zhang;Hongda Li
  • 通讯作者:
    Hongda Li
Automated numerical simulation of the propagation of multiple cracks in a finite plane using the distributed dislocation method
使用分布位错法对有限平面内多个裂纹的扩展进行自动数值模拟
  • DOI:
    10.1016/j.crme.2019.01.004
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Comptes Rendus Mecanique
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Zhang Jiong;Qu Zhan;Liu Weidong;Wang Liankun
  • 通讯作者:
    Wang Liankun
三种柔性蒙皮支撑结构的力学特性
  • DOI:
    10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2017.01.003
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    振动.测试与诊断
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈元;朱华;刘卫东;昂海松
  • 通讯作者:
    昂海松
Elastic properties of a cellular structure with in-plane corrugated cosine beams
面内波纹余弦梁蜂窝结构的弹性特性
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2017.08.022
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Liu Weidong;Li Hongda;Zhang Jiong
  • 通讯作者:
    Zhang Jiong
In-plane elastic properties of a 2D chiral cellular structure with V-shaped wings
具有 V 形翼的二维手性细胞结构的面内弹性特性
  • DOI:
    10.1016/j.engstruct.2020.110384
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Engineering Structures
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Liu Weidong;Li Honglin;Yang Zhendong;Zhang Jiong;Ge Xinfeng
  • 通讯作者:
    Ge Xinfeng

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其他文献

中华绒螯蟹NADPH-细胞色素P450还原酶基因的克隆和时空表达谱分析
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    侯红漫;赫崇波;鲍相渤;刘卫东
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    --
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘卫东
支板喷射超声速燃烧火焰结构实验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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电磁推力机构的一种分析方法
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    --
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    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李庆民;刘卫东;钱家骊
  • 通讯作者:
    钱家骊

其他文献

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刘卫东的其他基金

柔性变体翼面异构多体系统的变形承载机理与优化集成研究
  • 批准号:
    52375240
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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