水平轴风力机轮毂强度和疲劳寿命分析方法研究

针对水平轴风力机轮毂复杂的几何外形、载荷与边界条件,研究其强度和疲劳寿命数值分析方法。应用结构分析软件ANSYS并结合疲劳分析软件FE-safe对风力机轮毂进行强度和多轴疲劳寿命分析。研究了风力机轮毂结构强度数值分析中的一些关键技术问题,如网格划分、载荷施加、边界约束条件的处理及分析技巧等;利用叶片根部极限载荷对轮毂进行强度校核,得出轮毂极限载荷下的应力分布。基于风力机叶片根部随机载荷谱和线性累积损伤方法,研究了轮毂多轴疲劳特性及疲劳寿命分析方法;研究了轮毂材料的S-N曲线定义和各工况下随机载荷谱的分析处理方法。算例表明:本文的工作为水平轴风力机轮毂强度、刚度及多轴疲劳寿命分析等提供了实用的分析方法。     

RESEARCH ON ANALYSIS APPROACH OF STRENGTH AND FATIGUE LIFE OF HORIZONTAL AXIS WIND TURBINE HUB

针对水平轴风力机轮毂复杂的几何外形、载荷与边界条件,研究其强度和疲劳寿命数值分析方法.应用结构分析软件ANSYS并结合疲劳分析软件FE-safe对风力机轮毂进行强度和多轴疲劳寿命分析.研究了风力机轮毂结构强度数值分析中的一些关键技术问题,如网格划分、载荷施加、边界约束条件的处理及分析技巧等;利用叶片根部极限载荷对轮毂进行强度校核,得出轮毂极限载荷下的应力分布.基于风力机叶片根部随机载荷谱和线性累积损伤方法,研究了轮毂多轴疲劳特性及疲劳寿命分析方法;研究了轮毂材料的S-N曲线定义和各工况下随机载荷谱的分析处理方法.算例表明:本文的工作为水平轴风力机轮毂强度、刚度及多轴疲劳寿命分析等提供了实用的分析方法.     

间歇供汽工况下小型增压锅炉锅筒应力分析及疲劳寿命研究

为了解决小型增压锅炉在间歇供汽过程中因径向温差和内部压力变化引起的疲劳损伤问题,通过间歇供汽工况的试验确定了锅筒的边界条件,采用ANSYS Workbench 19.2对间歇供汽工况下小型增压锅炉锅筒进行瞬态有限元分析,基于第四强度理论对锅筒危险区域进行疲劳寿命评估。结果表明：间歇供汽过程中锅筒的危险点始终在辐射区第2排第2根管孔边缘,最大应力强度为91.222 MPa;单次间歇供汽工况下锅筒的疲劳损耗为0.59×10-23;危险点所在的管孔处应力呈对称分布,沿管孔周向靠近烟气的部分应力值较大,靠近下降管的部分温度变化相对均匀,应力值较小。     

基于流固耦合的轴流泵叶轮强度分析

对某泵站卧式双向全调节轴流泵在正向抽水工况时各个转角下的叶轮强度进行了单向流固耦合计算,首先将CFD计算得到的叶片表面水压力作为结构面载荷加载到叶片上,再利用有限元软件ANSYS计算叶轮的强度,得到了各个工况下叶轮的静应力分布及变形情况。结果表明,在各叶片安放角下,叶轮静应力最大值随着扬程的升高而增大,且均出现在叶片与轮毂的结合处,应力集中易使此处产生疲劳破坏;最大变形量出现在叶片进水边靠近轮缘位置;静应力的最大值远小于叶轮材料的屈服强度,不足以使叶轮产生裂纹。     

机车辅助变流器柜基于有限元的疲劳分析

以有限元法为基础,采用有限元软件ANSYS对某机车辅助变流器柜进行了静强度分析.采用MSC.Fatigue疲劳仿真软件,根据有限元应力结果、标准提供的疲劳载荷谱和材料S-N曲线用准静态法对结构的疲劳寿命进行了仿真计算,得到了两种不同安装方式下的柜体及安装梁在98%存活率下的总寿命分布.     

涡轮盘-片的结构可靠度计算及灵敏度分析

以某燃气涡轮盘-片系统为对象,综合考虑载荷及材料性能的随机性,利用ANSYS程序对结构进行了有限元分析,运用响应面法模拟得到了结构在紧急工况和典型工况下的最大应力和最大应变能的二次响应面函数表达式。基于该响应面函数,应用蒙特卡罗法,计算了涡轮盘?片结构在两种工况下的结构静强度可靠度和疲劳可靠性参数,分析了涡轮盘?片结构最大应力和疲劳寿命对主要随机变量的灵敏度,对该燃气轮机的运行管理以及材料性能的改进提出了针对性建议。本文的分析方法及结论对于其它复杂工程结构系统的可靠性分析有一定的参考价值。     

6L280型柴油机曲轴的静强度及疲劳计算分析

采用高级通用机械有限元分析软件ANSYS／Mechanical11．0的结构力学分析功能,对6L280型柴油机曲轴进行了一个工作循环内多个工况的强度计算,并采用高级疲劳分析软件fesafe的疲劳分析功能,对曲轴进行了疲劳安全系数、疲劳寿命计算。计算结果表明,该曲轴的静强度、疲劳强度、疲劳寿命均满足设计要求。     

涡轮盘-片结构瞬态应力应变分析及寿命预测

根据某燃气轮机实际运行数据编制了疲劳载荷谱,利用ANSYS软件建立了涡轮盘一片结构接触热弹塑性分析有限元模型,分别计算了在紧急工况、典型工况、改进工况下结构的应力应变变化情况,采用Morrow弹性应力修正的Manson-Coffin方程计算了结构的疲劳寿命.综合考虑机动性和使用寿命的要求,制定了一个改进的启动-运行-停机程序.研究方法及结论对燃气、蒸汽及内燃动力装置的运行管理具有一定的参考价值.     

基于有限元的柴油机连杆双轴疲劳失效分析

针对某型高功率密度柴油机连杆在部件级疲劳强度考核试验中的失效情况,对该连杆在装配工况及极限拉、压工况条件下的应力场进行了有限元计算分析。有限元计算结果显示连杆小头孔底部的承压区属于典型的双轴应力状态。采用基于有限元的虚拟疲劳寿命预测方法,对连杆疲劳破坏的危险位置实现了较准确的预估,寿命预估误差小于10.8%,表明采用Mises等效应力为评价参量的FE-SAFE双轴寿命预估精度在工程上是可以接受的。     

6210天然气/柴油双燃料发动机连杆有限元分析

将有限元法应用到淄博柴油机总公司的6210双燃料发动机连杆小头的强度校核之中,采用Pro/E软件对连杆进行了三维实体造型,并利用ANSYS软件对连杆模型进行了有限元分析,得到了连杆在最大拉伸、最大压缩两种工况下的应力、应变分布,确定了连杆小头的最大应力部位和疲劳安全系数,验证了连杆小头的可靠性。     

凸轮轴动力学及多轴疲劳分析研究

通过建立配气机构一维动力学系统仿真模型,获得发动机运行过程中凸轮轴承受的动态载荷;将一维动力学仿真结果作为有限元分析的输入负载,对凸轮轴进行三维瞬态动力学分析,计算凸轮轴运转过程中的应力时间历程并进行强度评价;以三维瞬态有限元分析结果作为疲劳分析的输入,预测凸轮轴的疲劳特性。实践证明,该方法能有效地校核凸轮轴设计方案,并为凸轮轴选材提供参考。     

180MW空冷汽轮发电机转子风扇座强度及低周疲劳分析

采用ANSYS软件有限元分析方法计算180MW空冷汽轮发电机转子风扇座的应力，并应用Neuber方法计算转子风扇座的低周疲劳寿命。采用ANSYS计算汽轮发电机转子风扇座的应力，克服了经典计算方法对复杂变化曲面应力计算的局限性，是较理想地模拟转子风扇座实际运行工况的计算方法。     

风力发电机组塔筒随机振动疲劳分析方法研究

文章采用ANSYS对风力发电机组塔筒进行随机振动分析,通过分析塔筒振动响应结果,得到塔筒共振频率并验证其安全性。利用振动分析结果,采用Steinberg提出的基于高斯分布和Palmgrem-Miner理论的三区间法进行塔筒振动疲劳分析,找出疲劳损伤危险区域,并为塔筒设计提供建议。     

大型风力发电机组轮毂强度数值分析

文章基于德国劳埃德（GL）认证规范,对某1．5MW风力发电机组的轮毂做了强度及疲劳分析。通过计算分析,找到了轮毂在各种工况下的应力分布规律和疲劳影响因素。从而获得了风力发电机组关键零部件设计与分析的方法。     

兆瓦级风电机组轮毂的优化设计及分析

应用有限元分析软件平台ANSYS Workbench,对某兆瓦级风力发电机组的轮毂进行形状优化设计。经过3轮优化,刚性轮毂被设计成一个空心的似球体,轮毂的外形更加合理,轮毂的重量得以减轻。在减少球墨铸铁用量的同时,使轮毂的有效刚度达到最大化。验证结果表明,优化后的轮毂设计结构,完全满足静强度的设计要求。优化设计的方法简便可靠,适用于大型风电机组轮毂及其他机械部件的设计及分析。     

柴油机连杆螺栓方案优选研究

针对四种不同的连杆螺栓方案,运用ANSYS软件对其进行强度和刚度分析,并进行了疲劳寿命分析。结果表明,四种方案均满足强度要求,但相对而言,第二种方案是最优的,而且疲劳寿命分析也证明这一点;连杆螺栓的预紧力对其疲劳寿命的影响较大。     

基于流固耦合的多级冲压泵转子部件强度和模态分析

为保证冲压泵的运行稳定性和安全性,采用单向流固耦合方法,计算并分析了某型号多级冲压泵的转子部件在各种工况下的等效应力、变形量分布及模态。对泵内部三维湍流流场进行定常计算,获得泵内的流动参数分布;进而将流动载荷施加到泵的过流部件表面,采用有限元分析方法对泵叶轮进行强度校核,并对整个转子部件进行模态分析。研究发现叶轮上的最大等效应力出现在轮毂处,最大变形量则出现在叶片外缘处,且最大等效应力和最大变形量随级数的增加而减小;随着流量的增大,叶轮所受的最大等效应力逐渐减小,但最大变形量却逐渐增加。研究成果可为冲压泵的优化设计提供参考。     

Finite element analysis of the effect of weld geometry and load condition on fatigue strength of lap joint

Many welded lap joints are subject to fluctuating loads, and fatigue failure plays a dominant role in the failure of such structures. Based on the concepts of linear elastic fracture mechanics, the effects of weld geometry, load conditions and the boundary constraints on fatigue strength of a ferrite–pearlite steel lap joint were investigated in this paper using the finite element method. Paris's power law was used to predict the fatigue life of the joints. Various weld geometry including the leg length, flank angle and the size of lack-of-penetration were considered during the calculation of fatigue strengths. The loads include tension, bending and their combinations. It was found that the existence of a root crack has no influence on the fatigue strength of the joint, under the relevant load conditions. The existence of a toe crack is also of no influence on the fatigue strength of the joint if the applied loads, e.g. DOB>0 in this paper, produce a compressive stress field at the top region of the main plate. For a lap joint with a free transverse (Y direction in this paper) boundary constraint at the main plate, a joint with a smaller size of lack-of-penetration, a reasonably large weld leg and smaller flank angle is recommended to be used in engineering practice, in order to obtain a higher fatigue strength. For a lap joint, with transverse fixed boundary constraint at the main plate, the fatigue strength increases with a decrease of weld size but the influence of flank angle depends on the type of load carried. It was also found that the size reduction in FE model is a significant influence on the calculated fatigue strength; the use of reduced size FE model gives a much higher overestimate of fatigue strength of the joint.