بهینه سازی هاب توربین بادی 2 مگاواتی بر اساس وزن و ممان اینرسی جرمی با روش ترکیب الگوریتم ژنتیک - روش اجزا محدود

امروزه در فرآیند طراحی و ساخت سازه ها و قطعات مکانیکی، بهینه سازی هندسه، وزن و مشخصات مکانیکی، به منظور بهبود کارآیی و افزایش بازده اقتصادی اهمیت زیادی دارد و به عنوان یک مرحله مهم در فرآیند طراحی مطرح می باشد. هاب توربین بادی یکی از بحرانی ترین و مهم ترین قطعات توربین بادی محسوب می شود؛ چراکه تمامی بارهای وارد به پره ها با تمام تنوع و پیچیدگی آن ها از طریق هاب به محور اصلی و گیربکس منتقل می شود. از طرف دیگر هر چه توان توربین ها بیشتر باشد، ابعاد و وزن هاب بالاتر می رود. وزن زیاد هاب علاوه بر افزایش هزینه، نیروها و گشتاورهای خمشی نامطلوب را روی سیستم انتقال قدرت اعمال می کند. همچنین ممان اینرسی جرمی زیاد، که با ابعاد و جرم هاب مرتبط است، اثرات نامطلوب افزایش گشتاورلازم راه اندازی، افزایش اثرات ژیروسکوپی و پاسخ کند سیستم به ورودی های دینامیک را به دنبال خواهد داشت. بنابراین بهینه بودن این دو مشخصه برای هاب بسیار ضروری است. در این پروژه این ضرورت با استفاده از یکی از روش های بهینه سازی فرا ابتکاری در ترکیب با روش اجزا محدود برای هاب انجام شده است. روند بهینه سازی هاب توربین بادی 2 مگاواتی بر اساس وزن و ممان اینرسی جرمی با استفاده از الگوریتم ژنتیک و در سطحی کاربردی تشریح شده است. ایده ی این کار ترکیب الگوریتم ژنتیک با روش تحلیل اجزا محدود با هدف معرفی یک روش مفید در بهینه سازی مکانیکی و نیز توسعه ی اتوماسیون فرآیند بهینه سازی می باشد. این روش بهینه سازی با در نظر داشتن ساده سازی و اتوماسیون، از ارتباط و تعامل نرم افزارهای تحلیل اجزا محدود ansys و برنامه نویسی و محاسباتی matlab، بهره برده است. در طی فرآیند بهینه سازی، نرم افزار matlab به عنوان مدیر ارتباط و بستر کدنویسی الگوریتم ژنتیک، و نرم افزار ansys به منظور ارائه ی نتایج مدل ها در قالب ارزیابی تابع هدف و قید، مورد استفاده قرار گرفته اند. به بیانی دیگر الگوریتم ژنتیک به واسطه ی نرم افزار matlab، تغییرات در هندسه ی هاب و بعد از آن تحلیل در نرم افزار ansys را در اختیار خود گرفته و به سمت مدل بهینه هدایت می کند. در این مساله هاب در شرایط بارگذاری استاتیکی برای بحرانی ترین بار با استفاده از معیار فون میزز تحلیل شده است. نتیجه ی بهینه سازی هاب با کاهش 6/21 درصدی برای جرم (وزن) و کاهش 19 درصدی برای ممان اینرسی جرمی همراه بوده است. این در حالی است که افزایش تنش فون میزز در مدل بهینه نهایی نسبت به مدل ورودی به فرآیند بهینه سازی تنها mpa 3 بوده است (افزایش 3 درصدی در مقدار تنش بیشینه). ضریب اطمینان طراحی برای مدل بهینه نهایی هاب در شرایط بارگذاری استاتیکی و با استفاده از معیار فون میزز 8/2 می باشد. واژه های کلیدی: بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، روش اجزا محدود، هاب توربین بادی، وزن، ممان اینرسی