风力发电机叶根螺栓的疲劳分析

为保证风力发电机螺栓套预埋式叶根连接既不会在最大载荷下发生静强度断裂,也不会在循环载荷下发生疲劳破坏,在设计叶根时,需要进行螺栓疲劳分析。建立叶根螺栓的有限元模型,对叶根螺栓进行疲劳计算,得到叶根螺栓外部载荷与应力之间的关系曲线,进而通过疲劳损伤计算程序得到螺栓的疲劳损伤值,确认不同预紧力对叶根螺栓疲劳损伤的影响。     

基于ANSYS软件的螺栓法兰连接结构应力和疲劳分析

为保证风力发电机在恶劣的自然环境中可靠运行,需要对风力发电机塔架转接段法兰进行应力和疲劳分析。应用ANSYS有限元软件对风力发电机塔架的螺栓法兰连接结构进行应力分析,分析结果显示:当施加载荷时,法兰和螺栓中都出现应力集中;随着载荷的增大,法兰还出现弯曲现象;外侧螺栓产生的应力小于对应内侧螺栓产生的应力,可见内侧螺栓受到的影响较大,应特别注意。通过疲劳分析,确认选择35CrMoA合金钢材作为螺栓法兰结构的整体材料符合使用要求,为螺栓法兰结构选材提供了理论依据。     

风力发电机传动系统随机风速下的载荷特性研究

根据随机风速模拟方法、风力机气动载荷计算方法、发电机矢量控制方法和风力发电机传动系统的机电耦合模型,建立了风力发电机传动系统在随机风速下的载荷模型,利用该模型对风力发电机进行实例计算,得到了风力发电机传动系统随机载荷的有效样本。随机风速序列和随机载荷序列的对比分析表明,随机载荷序列与随机风速序列有相同的变化趋势和较好的相关性,并有类似的频谱特性,从而为进一步研究风力发电机传动系统在复杂工况下的载荷变化规律及进行载荷谱的编制奠定了基础。     

风电装备传动系统及零部件疲劳可靠性评估方法

载荷是导致失效直接原因,是影响产品可靠性的重要因素,风电装备在服役过程中经历的载荷-时间历程及其不确定性有明显的特点。由于服役方式的特殊性,一个风力发电厂中安装在不同位置的发电装备的服役载荷历程会有明显的差别。从风力发电机服役地域位置和时间两个方面描述风力发电机载荷历程的概率特性,并以此为基础,基于全概率计算原理研究风力发电机传动系统及其零部件疲劳可靠性分析与建模方法。内容包括复杂载荷历程不确定性表征方法、随机变幅载荷历程下疲劳累积损伤与等效循环应力计算方法、根据应力分布和条件寿命分布计算疲劳可靠度的方法,以及根据多级小样本疲劳寿命试验确定不同循环应力水平下疲劳寿命分布参数的方法。     

风力发电机前底架极限与疲劳强度分析与研究

针对风力发电机前底架复杂的几何外形、载荷与边界条件,利用有限元分析软件ABAQUS并结合疲劳分析软件ANSYS Ncode Designlife,分析极限强度与疲劳寿命的数值方法,研究前底架多轴疲劳特性与疲劳寿命分析,研究底架材料的S-N曲线定义和各工况随机载荷谱的分析处理方法,为风力发电机的前底架极限强度和寿命分析提供了有效的分析方法。     

多轴非比例载荷谱条件下高强度螺栓疲劳强度分析

以风机主齿轮箱的箱体连接螺栓疲劳强度分析为研究背景,提出一种在多轴非比例载荷谱作用下高强度螺栓连接疲劳强度的分析方法。该方法基于多轴疲劳理论,将外部多轴非比例的风力载荷谱通过连接箱体模型有限元应力计算及雨流计数处理,转化为螺栓各对应载荷方向上的应力雨流谱,然后在螺栓各计算点处进行各载荷方向上的应力合成,按照德国VDI2230标准的计算方法,结合螺栓材料的应力寿命(S-N)曲线,计算得到螺栓各计算点的疲劳损伤率,最后依据线性损伤累计理论,得出连接螺栓的疲劳安全系数。依据本文中的分析方法编制螺栓疲劳强度计算程序,再以某一型号风机齿轮箱的扭力臂与齿圈连接螺栓为例,计算得到该螺栓在风机20年工作寿命内的疲劳安全系数为1. 819。提出的方法为今后计算复杂载荷工况下的螺栓疲劳强度提供了一个新方向。     

多工况下风电齿轮箱联接螺栓疲劳寿命分析

针对风电齿轮箱联接螺栓疲劳受载复杂性问题,建立含螺栓的风电齿轮箱有限元模型,分析不同扭转和弯曲载荷下螺栓应力变化规律,依据风力发电机实际载荷谱,分段插值获得螺栓疲劳应力谱;基于雨流计数方法和Palmgrem-Miner疲劳累积损伤理论,结合螺栓材料S-N曲线,预测各疲劳应力谱下螺栓疲劳损伤,研究风电齿轮箱三种疲劳工况下各不同联接螺栓的疲劳寿命。结果表明:各疲劳工况下,前箱体与一级内齿圈间联接螺栓疲劳损伤值较大,疲劳弯矩工况下达最大损伤值0.853;疲劳扭矩工况下螺栓应力随扭矩增大而增大,危险螺栓靠近箱体两侧支撑处;疲劳弯矩工况下箱体产生倾覆效应,M_Y弯矩下危险螺栓位于箱体上下两侧,M_Z弯矩下危险螺栓位于箱体左右两侧。此次研究工作对提高风电齿轮箱整体使用寿命具有重要意义。     

MW级风力发电机塔筒环形法兰连接高强度螺栓疲劳评估

对于MW级风力发电机塔筒环形法兰连接高强度螺栓,采用M.Seidel曲线模型、Schmidt-Neuper分段线性模型及有限元分析模型,分别建立了法兰受载与螺栓应力之间的非线性关系,分析对比了3种模型在疲劳寿命评估中的利弊,确定了法兰受载与螺栓应力的合理模型。采用Eurocode 3规范选取材料的S-N曲线,根据Palmgren-Miner准则计算了连接螺栓的疲劳寿命,计算结果与理论分析一致。为塔筒环形法兰连接高强度螺栓的疲劳评估提供了重要方法。     

基于随机风速模型的风电增速箱试验载荷谱编制

为了编制风力发电机齿轮传动系统动态特性和疲劳寿命试验载荷谱,在模拟真实风速的基础上,基于空气动力学原理求得作用在传动系统的外部随机风载荷,采用雨流计数法和数理统计方法对风电传动系统的输入风载荷数据进行统计分析,基于波动中心法得到载荷的大小与出现频次之间的关系及概率分布,编制适合风电传动系统试验加载用的八级载荷谱,将实际风速的随机性与试验室台架试验结合起来,使试验结果更加符合实际,为准确评价风电齿轮传动系统动态特性和疲劳可靠性试验奠定基础。     

TC16钛合金螺栓及其连接30CrMnSiA钢板孔的疲劳行为

利用高频疲劳实验机和自制装置进行疲劳试验,研究了TC16钛合金螺栓连接30CrMnSiA高强度钢板结构的疲劳破坏行为,并通过扫描电镜(SEM)和有限元分析法分析了钢板和钛合金紧固件的失效机理。结果表明:30CrMnSiA高强度钢板件用TC16钛合金紧固件连接时在外加拉-拉疲劳载荷下,其疲劳破坏属于微动疲劳,寿命较带自由孔30CrMnSiA钢板件的常规疲劳寿命下降约60%,脱层和磨粒磨损是板孔微动疲劳的主要损伤形式。TC16钛合金紧固件连接30CrMnSiA高强度钢板结构在拉-拉疲劳载荷下,钛合金螺栓由于弯曲疲劳作用发生弯曲疲劳断裂,而非微动疲劳破坏。TC16钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理有利于改善30CrMnSiA高强度钢连接板的微动疲劳性能。然而,钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理由于韧性降低的缘故,却导致其常规弯曲疲劳抗力明显下降。     

考虑强度退化和失效相关性的风电齿轮传动系统动态可靠性分析

针对随机风作用下风力发电机齿轮传动系统失效率高的问题,研究了随机风引起的风力发电机传动系统外部风载荷以及内部由齿轮、轴承刚度及综合啮合误差等引起的内部动载荷激励,基于集中质量法建立了风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型。在对模型进行仿真求解的基础上,分别求得了传动系统中各齿轮和轴承的动态接触应力-时间历程。将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数,从系统层面上建立了基于应力-强度干涉理论的风力发电机齿轮传动系统动态时变可靠性模型,模型考虑了零件的失效相关性和强度退化因素,研究了失效相关性和强度退化对风电齿轮传动系统可靠度和失效率的影响规律,为风力发电机齿轮传动系统动态设计和可靠性优化设计奠定了基础。     

基于泊松随机过程的风力发电机叶片疲劳寿命估算

疲劳寿命决定了正常工况下工程结构服役期限的长度,对其进行准确预测对于零部件疲劳强度设计至关重要。由于机械零部件在工作期间经常会受到随机变幅载荷的作用,载荷间相互作用效应现象十分显著,导致单次循环载荷对材料所造成的疲劳损伤量发生变化,若忽略该效应会影响疲劳寿命估算的准确性。针对当前研究中的疲劳损伤累积法则无法考虑该效应的问题,提出一种将非齐次泊松随机过程函数与伴随损伤理论相结合来估算零部件疲劳寿命的方法,解决了由于载荷间相互作用效应所带来的载荷作用顺序的问题,并以随机加载试验为例验证了该方法的准确性。将其应用于风力发电机叶片的疲劳寿命估算过程中,结果表明该方法可靠、有效,为风力机叶片的疲劳可靠性设计提供了新的路径。     

风力发电机叶片等效载荷计算及载荷谱分析

风力发电机叶片部位通常受到随机变幅载荷的作用,所受随机载荷的随机性和无序性给载荷数据的处理带来了很大的困难。当前的数据处理方法通常是将随机变幅载荷转化为等效恒幅载荷进行分析,但由于其未能考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所产生的影响故而会产生较大误差。针对上述问题,提出一种基于模糊理论的等效载荷计算方法,引入恰当的隶属函数,充分考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所造成的影响,更加符合实际情况,以期提高等效载荷的计算精度。     

随机风作用下风力发电机齿轮传动系统动载荷计算及统计分析

针对风力发电机齿轮传动系统在随机风作用下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立考虑外部随机风载及内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度及综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力。结合有限单元法和赫兹接触理论,得到关键零部件的应力时间历程,采用雨流计数法对应力时间历程进行统计分析,得到传动系统各关键零部件承受载荷的应力谱及概率分布函数。研究结果为风力发电机齿轮传动系统的动态可靠性分析和疲劳寿命预测奠定基础。     

基于ANSYS和VDI2230标准的永磁直驱风力发电机高强螺栓强度分析

当前,在设计风力发电机的机械零部件时,不仅仅是需要对轮毂、支架、机舱、动静轴等各种大部件展开完整的强度分析,同时还必须要设计出高强度的螺栓,可以说螺栓设计的合理性将会对整个风力发电机组的正常运行带来直接的影响。这些螺栓不仅仅是需要承受弯矩,同时还需要承受扭矩,受力的情况相当复杂。如果只是采用一般的材料力学来进行分析,那么是很难进行精确计算的。本文将结合ANSYS有限元分析软件和VDI2230标准分析风力发电机组中高强度螺栓在极限工况下的强度。     

兆瓦级风力发电机组用柔性联轴器的有限元及疲劳分析

为了提高风力发电机组的结构稳定性,基于风力载荷和风力发电机组要求的特性等因素选择膜片式联轴器作为设计模型.首先对简化后的联轴器模型作整体静力分析,分析结果表明结构合理且强度满足设计要求.其次对结构中变形较大的零部件——膜片和中间联接体作了模态分析,得到了中间联接体前6阶的模态振型,并通过疲劳寿命计算,证明联轴器的寿命满足设计要求.最后对联轴器的关键部件作静强度校核,并针对膜片结构承受载荷较大的情况,对膜片结构进行了调整——在膜片与螺栓联接孔处加设一个高强度耐磨衬套.     

随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析

运用最小二乘支持向量机(Sparse least squares support vector machines,SLS-SVM)机器学习方法建立风场随机风速模型,根据随机风速模型和空气动力学理论得到随机风引起的系统外部载荷激励,建立考虑齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度的风力发电机行星齿轮传动系统齿轮—轴承耦合动力学模型,并对动力学模型进行仿真计算,分别得到各齿轮副的动态啮合力和滚动轴承动态接触力。以此为基础,将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数。根据应力—强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统各齿轮和轴承的动态可靠性模型,利用二阶矩和摄动方法求出各齿轮、轴承的动态可靠性指标,并计算出动态可靠度,研究各齿轮、轴承和传动系统的动态可靠度随时间的变化规律,为风力发电机齿轮传动系统动态可靠性设计奠定了基础。     

基于接触分析的高强度螺栓疲劳寿命分析

针对结构复杂的螺栓连接及螺栓受力的复杂性,提出一种新的计算螺栓疲劳寿命的方法.本文通过有限元建模对某MW级风力发电机组塔筒法兰螺栓进行强度分析,并对应力最大螺栓进行分布加载计算;在MATLAB/simulink中对计算结果进行编程运算,拟合出螺栓载荷应力曲线;采用雨流计数法对载荷谱进行处理,结合材料的S-N曲线在Palmgrem-Miner理论准则下,并借助于MSC.Fatigue软件计算得到螺栓的疲劳寿命.同时应用Schmidt-Neuper理论及VD12230对螺栓疲劳寿命进行校核验证,得出这种新的螺栓疲劳方法的合理性.     

专用汽车举升机构支撑轴承滚道的载荷波动特性研究

传动系统的载荷波动是引发设备疲劳的重要因素,而疲劳失效是设备失效或损坏最为常见的失效模式;以某专用汽车举升机构传动系统为研究对象,建立传动系统主要零部件三维模型,运用有限元及振动频率检测的方法,系统分析了传动系统螺栓设计对传动系统支撑轴承滚道载荷波动特性的影响。研究结果表明:传动系统中的螺栓预紧力会改变支撑轴承滚道的接触变形,影响支撑轴承的接触载荷;在螺栓预紧力和外载荷共同作用下,支撑轴承接触载荷循环波动大,降低传动系统支持轴承疲劳寿命。增加支撑轴承套圈的壁厚、减小螺栓的预紧力、增加螺栓孔与支撑轴承之间距离等方面的优化,可以有效减小传动系统支撑轴承循环波动载荷,从而提升传动系统疲劳寿命;优化后的传动系统振动小于优化前。该研究为传动系统综合传动性能的提升、支撑轴承疲劳寿命的提高提供理论依据。     

车载型风力发电机能源补充装置

介绍了一种车载风力发电机,装备在南极探索小车上,是一种直线翼型垂直轴风力发电机,其结构小、重量轻、制作简单。首先研究了其结构特性,包括了风轮、塔架和发电机三大构成部分;对风机在工作状态及暴风状态两种情况下的受风载荷及其塔架稳定性问题进行了探讨,验证了风力发电机在强风下的可靠性。提高车载风机的风载稳定性可以从增大探索小车自重的稳定力矩和减小风载荷倾覆力矩两方面入手,为下一步制定合理的能量传输控制系统,实现车载风力发电机的稳定持续工作奠定了基础。