抗冰过载保护金具对输电线路的影响分析

针对抗冰过载保护金具生效后对输电线路的影响,以SZ1双回直线塔为例,建立三塔四线的有限元模型。采用非线性有限元找形方法找形,分析塔线体系在均匀覆冰、不均匀覆冰下铁塔的极限承载力,确定塔线分离控制荷载。结果表明,抗冰过载保护金具生效时导线脱落引起的冲击力,可使相邻杆塔和本塔预安装的抗冰过载保护金具生效,使导线脱落完成卸载,起到了保护铁塔的作用。     

装配应力对输电塔结构极限承载力的影响研究

针对输电塔装配误差引起的装配应力对输电塔承载力影响的问题,构建了输电塔桁梁混合有限元模型对装配应力进行计算及模拟,并施加外荷载计算分析存在装配应力时输电塔的极限承载力。计算结果表明,在90°大风工况下,单根杆件存在尺寸误差时对输电塔承载力影响较小,误差不宜超出杆长的1‰;多根杆件存在尺寸误差时,塔腿部位的误差杆件对承载力影响最大,极限承载力比正常情况低14.2%。     

基于气弹模型风洞试验的输电塔—线体系风致响应分析

为分析输电塔—线体系的风效应,设计并制作了输电塔—线体系完全气弹模型,通过风洞试验测试了不同风速和风向角下单塔沿高位移响应、导线线端张力作用下的绝缘子动应变,导线1/4、1/2和3/4跨位移响应以及挂线后输电塔沿高位移响应。结果表明,输电塔挂线与不挂线位移响应随风速递增,且塔顶位移变化显著;强风作用下导线发生明显的风偏振动;挂线后输电塔线体系振动呈非线性耦合特性。重现了输电塔在极限风荷载作用下的风毁现象,与实际破坏模式相符。可见通过对输电塔进行局部优化,可在增加少量构件的情况下,使倒塔极限风荷载得以显著提高。     

塔线体系在覆冰荷载作用下的力学性能研究

以500kV典型设计中的5B-ZB1直线酒杯塔为原型,采用空间桁梁混合结构来分析输电塔和索结构,并基于有限元方法分析导地线,构建了输电塔及塔线体系模型,通过逐级增加覆冰厚度的方法进行静力计算,分析了输电塔和塔线体系在覆冰荷载、风荷载、自重荷载及导线张力共同作用下的力学性能,对比分析了计算结果。结果表明,在覆冰荷载作用下杆塔的主要破坏是达到钢材的屈服强度而发生失稳破坏,输电单塔比塔线体系更偏于安全,而塔线体系更符合实际情况。     

单桩静荷载曲线MMF模型拟合及承载力预测

基于桩静荷载Q-s曲线特点,引入MMF生长曲线模型拟合Q-s曲线预测极限承载力,采用Origin软件求解,并对3根试桩的实测数据静荷载Q-s曲线进行了拟合和承载力预测.结果表明,利用Origin软件得到的拟合方程式能预测桩的极限承载力,且MMF模型的Q-s曲线拟合精度高、拟合效果明显优于双曲线模型.     

500/220 kV多回窄基钢管塔塔脚节点极限承载力有限元分析

为了研究500/220 k V混压多回窄基钢管塔塔脚节点的受力性能及承载力情况,利用有限元软件ANSYS,对该塔进行建模及有限元分析。研究其在轴力和弯矩共同作用下塔脚节点应力分布、塑性发展、节点破坏模式及极限承载力情况,以期准确把握该类钢管塔塔脚节点的力学行为,为工程设计和后续的研究工作提供相关的比较数据。研究表明,塔脚节点最终破坏形式是肋板以上主管管壁的鼓曲破坏,设计荷载作用下塔脚节点未发生破坏。同时,通过承载能力极限状态的分析,对设计中次应力需要考虑的大小做出了量化,提出了考虑次应力影响的输电钢管塔主材设计方法,使实际设计更为经济化。     

采空区输电线铁塔承载力分析建模及性能评估

随着电网的智能化发展,对输电铁塔不同工况下的承载力性能要求越来越高,煤矿采空区输电线路铁塔基础变形后及扶正过程中的要求更不能忽视。建立了采空区输电线铁塔的ANSYS有限元模型,设计了不同组合荷载工况承载力性能评估的方法,对基础变形后及扶正过程中铁塔的承载力性能进行了分析评估。基于500 k V徐辽线53号变形铁塔说明了该方法,对53号塔基础沉降、大板基础倾斜及设置拉线后3种情况进行了承载力性能分析评估,涉及到不同风速、风向的风力荷载及覆冰荷载的多种组合工况。结果表明:该性能评估方法在采空区输电线铁塔主材应力超限、主材轴力变化及沉降量临界值的评估方面有一定优势,这对采空区输电线路铁塔的承载力及稳定性设计有一定参考价值。     

海上风机钢管单桩基础轴向承载力研究

针对海上风电基础形式中的钢管桩基础,采用ABAQUS软件进行三维有限元数值计算,通过计算桩顶荷载与桩顶沉降的关系,研究了钢管桩基础在单向荷载作用下的极限承载力特性,并对桩径、桩内土体压缩模量、桩外侧土体的内摩擦角等参数对轴向极限承载力的影响进行了敏感性分析,确定了钢管桩基础在单向荷载作用下影响轴向极限承载力的主要因素。     

条形浅基础极限承载力的滑移线解

  [目的]  基于极限平衡理论,提出了一种求解一般条件下条形浅基础极限承载力的精确方法。  [方法]  地基土被视为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,并且假定它是各向同性的、均匀的以及不可压缩或不可膨胀的理想连续介质。通过分析基础与土之间的相对运动和相互作用,将条形浅基础极限承载力问题分为两类问题。建立一个以总竖向极限承载力为目标函数的最小值模型,进而采用滑移线法求解极限承载力而无需事先对塑性区和非塑性楔作任何假定,还提出一种工程上方便实用的简化方法。此外,重点研究了基础两侧均布荷载相同的第一类问题,推导出Terzaghi极限承载力方程的适用条件以及其三个承载力系数的理论精确解,提出一个新承载力方程替代Terzaghi方程,并且通过无量纲分析提出几何力学相似原理。  [结果]  研究结果表明:当基础完全光滑时,研究得到的总竖向极限承载力与现有方法得到的结果相当吻合;然而当基础完全粗糙时,现有方法低估了极限承载力。  [结论]  经典的Prandtl机构并不是无重土地基上完全光滑基础极限承载力问题的塑性破坏机构。     

输电塔线在覆冰与风载下的可靠性分析

以湖南省郴州地区输电线路为例,构建了输电塔线体系精细化有限元模型,基于2008年南方覆冰实测资料,考虑输电塔角钢尺寸的不确定性、角钢材料性能随时间的老化及输电塔本身所受覆冰荷载和风荷载的随机性,采用蒙特卡罗法分析计算了4种工况下的可靠性.结果表明,随覆冰厚度的增加,输电塔的失效概率迅速增大,覆冰和风荷载共同作用是输电塔...     

Long‐term contact fatigue analysis of a planetary bearing in a land‐based wind turbine drivetrain

This paper presents an approach for performing a long‐term fatigue analysis of rolling element bearings in wind turbine gearboxes. Multilevel integrated analyses were performed using the aeroservoelastic code HAWC2, the multibody dynamics code SIMPACK, the three‐dimensional finite element code Calyx and a simplified lifetime prediction model for rolling contact fatigue. The National Renewable Energy Laboratory's 750 kW wind turbine and its planetary bearing were studied. Design load cases, including normal production, parked and transient load cases, were considered. To obtain the internal bearing load distribution, an advanced approach combining a finite element/contact mechanics model and a response surface model were used. In addition, a traditional approach, the Harris model, was also applied for comparison. The long‐term probability distribution of the bearing raceway contact pressure range was then obtained using Weibull and generalized Gamma distribution functions. Finally, we estimated the fatigue life of the bearing, discussed the differences of the methods used to obtain the bearing internal loads and analyzed the effects of the environmental conditions and load cases on the results. The Harris model may underestimate the inner raceway life by 55.7%, which can cause large load fluctuations along the raceways. The bearing fatigue life is very sensitive to the wind distribution and less affected by the transient and parked load cases. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Finite element analysis of tooth load distribution on P-110S conic threaded connections

Based on elastic mechanics and by use of thick cylinder theory, this paper presents a finite element analysis model with interference fit and axial load on P-110S conic threaded connections and the tooth load distributions on contact threaded surfaces were investigated. A 2D finite element model with elastic-plastic axisymmetric contact threaded surfaces was established and the tooth load distributions on its thread teeth were analyzed under different interference fit and axial load. Results for the loads on every engaged tooth are obtained. These indicate that the load distribution on the engaged teeth is not uniform, with the maximum tooth load concentrated on the first three pairs or the farthest two pairs of engaged teeth from the pin end and the middle teeth only bear a very small load. Such results are identical to the practical situation and indicate that the finite element model proposed in this paper is reasonable.     

表面硬化滚道风电主轴轴承的疲劳寿命分析

建立一种针对表面硬化滚道三排圆柱滚子风电主轴轴承的疲劳寿命分析方法。首先,在卡迪尔坐标系中建立三排圆柱滚子风电主轴轴承的5自由度力学模型,分析计算在外部5个方向载荷联合作用下轴承的内部滚子载荷分布;然后,建立圆柱滚子与表面硬化滚道之间的弹塑性接触有限元模型,计算得到滚子接触载荷作用下滚道次表面的脉动应力分布;最后,根据Goodman方程将滚道脉动应力幅值转化为交变应力幅值,运用Basquin应力-寿命理论计算得到风电主轴轴承的疲劳寿命。结果表明,轴承的下风向外圈滚道承受来自风轮的推力载荷,其疲劳寿命最短;径向外圈滚道承受风轮的重力载荷,其疲劳寿命最长。轴承的疲劳寿命取决于下风向滚道。     

发动机主轴承座结构强度分析研究

建立了包括缸体、框架、轴瓦、曲轴及连接螺栓的发动机主轴承座网格模型,通过指定不同的接触区域、接触条件、载荷、约束边界条件及多点约束,分别建立了螺栓预紧、轴瓦过盈、曲轴动压力及热负荷四种工况主轴承座强度分析有限元模型。采用二阶修正单元并通过接触主从面上单元的对应性来保证计算精度和收敛性,采用小滑移接触算法计算出各工况下主轴承座的应力和变形情况,根据计算结果,对主轴承座的强度、变形、滑移表面的滑动以及轴瓦背面的压力分布进行了评价,对主轴承座结构提出了改进意见,改进方案满足结构设计要求。     

活塞组件接触分析流程自动化及接触面设计研究

基于活塞销与活塞销座表面型线几何型线及刚度的差异,在热载荷与机械载荷的作用下发生不协调形变,产生较大的局部接触应力,采用有限元法对某型船用柴油机活塞销孔结合面型线进行优化设计。通过对原活塞模型进行分析并与静载试验结果对比,找出应力集中位置;采用有限元软件和自行开发程序,实现活塞销-孔接触副型面的自动优化设计;最终从优化结果中选取最佳优化方案。优化后,活塞销孔型面应力集中显著降低,接触型面上最大Mises应力下降55.5%。     

EFFECT OF TEMPERATURE ON THE CONTACT STRESSES AND RESIDUAL BEARING STRENGTH OF PIN-LOADED COMPOSITE LAMINATES

Abstract

Contact stresses and residual bearing strength of pin-loaded composite laminates at different temperatures are investigated. An incremental finite element code, based on the updated Lagrangian approach, was developed for determining the contact stresses near a pin-loaded hole in composite laminates under combined thermal and mechanical loadings. Based on the progressive damage model, the quadratic strength theory combined with a proposed failure simulation are adopted for failure predictions. In the stress and strength analyses, mechanical properties of the laminates are assumed to be temperature dependent. Numerical results include the distributions of initial (thermal) as well as total contact stress around the pin-loaded hole, residual bearing strength, and failure mode for a single-fastener clearance-fit joint with an elastic pin. The bearing strain model test has been performed at elevated temperature for the verification of present calculations.     

考虑齿圈柔性的风电行星轮系动态啮合特性研究

针对集中参数法难以考虑齿圈柔性而有限元法计算量大的问题,以风电行星轮系为研究对象在集中参数/有限元混合法基础上提出一种揭示内啮合齿轮副延长啮合现象的分析方法。首先采用集中参数法建立风电行星轮系的动力学模型,并求解获得动态啮合力;随后,运用有限元法建立行星轮系内啮合齿轮副的有限元模型,并开展静态接触分析从而获得内啮合齿轮副各啮合位置发生多齿啮合时的变形阈值;最后,将集中参数模型获得的动态啮合力施加在内齿圈有限元模型上计算出内齿圈的动态响应,并结合发生多齿啮合时的变形阈值,从而揭示在不同负载和支撑数量下内齿圈上多齿啮合的分布区域,获得接触应力和齿根应力,分析啮合齿对数量改变前后对应力的影响。结果表明：考虑齿轮柔性后,内啮合齿轮副会出现除理论啮合齿对外其他齿对相接触的现象;随着负载扭矩的增大,内齿圈上三齿啮合首先发生在支撑两侧,随后三齿啮合发生区域不断增加;当行星轮与内齿圈间的啮合由理论两齿啮合变为三齿啮合时,其齿面接触应力和齿根应力小于其在相同时刻只计入两齿啮合时的应力值。     

加载方向对加翼桩极限横向承载力的影响

为分析加载方向对加翼桩极限横向承载力的影响,采用ABAQUS有限元软件建立数值分析模型,定量分析软粘土地基中单桩和三种典型加载方向下加翼桩的受力变形特性和极限横向承载力。依据数值分析结果,采用数值逼近方法建立了加载方向影响系数k3的经验公式,以反映加翼桩极限横向承载力与加载方向的关系,对现有计算方法进行了补充,并对其适用性进行了分析。结果表明,加翼桩横向位移和内力的分布与单桩的规律相似,桩身和翼板连接处易出现应力集中现象,极限横向承载力较单桩的显著提高。加载方向对加翼桩极限横向承载力影响较大,当横向荷载与前翼板夹角增大,极限横向承载力显著降低。经验公式计算精度良好,可较好地反映加翼桩极限横向承载力与加载方向的关系,可为工程设计提供参考。     

Studies on gasketed flange joints under bending with anisotropic Hill plasticity model for gasket

The behavior of a gasketed flange joint under bending loads has been studied by three dimensional finite element analysis (FEA) and experiments. The in-plane and bending stiffness of spiral wound gaskets are considered using anisotropic Hill plasticity material model. The variation in bolt axial force of joints under bending load predicted by the finite element analysis compares well with the experimental results. The contact stress distribution obtained have significant variation in the pattern from the previous material models and consistent with the results of Bouzid [1] regarding flange rotation.     

考虑制造偏差的高温叶片热弹性接触应力研究

枞树型叶根广泛应用于燃气轮机和大功率蒸汽轮机叶片,其可靠性严重影响着叶片的安全运行.采用三维热弹性有限元分析技术建立了仅考虑离心力载荷及综合考虑离心力和温度载荷的数值模型,对4种不同的叶根轮缘接触面制造偏差状况下叶根应力进行了详细分析,发现常温下设计良好的枞树型叶根轮缘,在高温下由于热胀导致的变形,将使叶根承载分布不均,从而产生很大的应力,并且应力状况也随着制造偏差而不同.所以在设计高温级叶片枞树型叶根型线时,需要综合考虑叶根的制造偏差以及工作状态下的承载情况进行安全性校核.