大功率风电增速器箱体疲劳寿命分析

建立某大功率风电增速器箱体的三维模型,计算单位静载荷作用下箱体的应力应变;依据德国劳埃德船级社规范(GL2010),给出风电齿轮箱箱体部件的S-N曲线的拟合方法;应用雨流循环计数法计算箱体疲劳载荷谱。应用Miner线性积累疲劳损伤理论和雨流循环计数法,对风电齿轮箱箱体进行疲劳寿命分析,得到了风电增速器箱体的疲劳寿命。通过对箱体疲劳寿命结果的分析,对箱体结构进行优化,为大功率风电增速器箱体的疲劳寿命分析提供设计思路,为风电齿轮箱箱体的设计提供了参考。     

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。     

兆瓦级风机变桨轴承与轮毂连接螺栓的疲劳分析

针对1. 5 MW级风电机组叶片与轮毂连接处变桨轴承上的螺栓,提出一种计算连接螺栓的疲劳损伤值的方法。首先,运用Abaqus软件建立合理的有限元模型,对叶根中心处加弯矩载荷,利用Matlab完成弯矩时间历程谱转换成应力时间历程谱。最后对应力时间历程谱进行雨流计数法处理,再利用Miner线性累计损伤理论和S-N曲线对螺栓进行疲劳分析计算。结果表明螺栓的疲劳损伤值在安全范围内,风机到达使用寿命前螺栓的疲劳损伤很小。研究工作可以指导整个风机上连接螺栓的优化设计,为螺栓疲劳设计和寿命分析提供参考。     

基于加速度信号的悬置螺栓疲劳寿命研究

零件在实验工况下所受应力数据对预测其疲劳寿命至关重要。针对发动机悬置螺栓等无法通过应变片传感器直接得到载荷数据的部位,提出一种基于加速度信号的悬置螺栓疲劳寿命估计方法。通过宏观断口及力学模型分析,明确了在不同工况下造成悬置螺栓疲劳失效的主要矢量载荷与加速度载荷的转换关系。结合悬置螺栓S-N曲线,计算出不同工况下由加速度引起的弯矩和拉压波动载荷的时间历程,并进行了发动机悬置螺栓的疲劳损伤计算,从而形成了一种复杂载荷下的发动机悬置螺栓疲劳寿命分析方法。最后基于悬置螺栓在两种道路的应力载荷谱所分别对应的疲劳寿命,建立起了针对悬置螺栓的道路间的当量关系。     

兆瓦级风电齿轮增速箱箱体有限元分析

风电齿轮增速箱是兆瓦级风力发电机组的关键部件。应用有限元法,对风电齿轮增速箱箱体进行静强度分析和疲劳分析。在SolidWorks软件中建立箱体的几何模型并且进行简化处理,再将简化后的模型导入Ansys workbench环境下划分网格,根据风电齿轮箱的实际运行情况确定其边界条件及所受载荷,计算求解其应力、应变和变形。根据计算结果分析结构中可能存在的危险区域并提出了改进方案。在此基础上进行疲劳强度分析。通过对疲劳载荷谱的合理简化,计算出寿命、安全系数、损伤和等效交变应力。根据计算结果分析确定结构危险区域疲劳寿命是符合设计要求。     

高速列车转向架构架载荷特征及疲劳损伤评估

利用载荷标定方法制作轴箱弹簧力传感器和一系减振器力传感器,线路测试得到动车转向架构架的垂向载荷时间历程。结合车载GPS信号和陀螺仪信号,分析列车起动加速、高低速直线运行、线路曲线通过、电机扭矩波动、制动停车等典型工况下构架载荷的变化特征。采用有限元仿真分析的方法确定构架端部的疲劳危险区域及载荷与应力的传递关系,进而编制构架在轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷和耦合载荷作用时的应力幅值谱,最后依据疲劳损伤线性累计准则计算得到构架的疲劳损伤分布。研究结果表明,与构架非动力侧相比,构架动力侧轴箱弹簧载荷受电机输出扭矩的影响较大,尤其在列车起动、制动、电机扭矩波动等工况载荷变化明显。在轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷单独作用时,构架端部的应力较大位置分布基本一致,最大载荷-应力传递系数为6.56 MPa/kN。在耦合载荷作用下,构架端部各测点处的疲劳损伤值均高于轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷的单独作用。列车由速度200km/h增大至350km/h时,构架一位侧疲劳危险点的累计损伤值由0.078增大至0.435,增大了约4.6倍。在同一速度级下,一系减振器载荷产生的疲劳损伤影响参数大于轴箱弹簧载荷。研究结果可为焊接构架的优化设计及仿真分析提供一定理论参考。     

高速列车齿轮箱载荷特性分析

以某型动车组齿轮箱为研究对象,建立齿轮箱隔振橡胶的有限元模型,分析载荷频率、振幅及预载荷对橡胶非线性刚度的影响规律。通过吊杆力传感器获得齿轮箱载荷时间历程,分析列车在启动牵引、制动停车、高低速直线运行及坡道运行等典型工况下齿轮箱载荷的时程曲线及载荷变化规律。在数据统计基础上得到齿轮箱趋势载荷对动态载荷及动态载荷谱的影响规律,同时定义疲劳损伤影响参数来分析不同载荷对结构整体损伤的影响程度。研究结果表明,在一定作用频率范围内,橡胶非线性刚度受频率影响较小,随着预载荷的增大而增大;趋势载荷的增大使齿轮箱动载荷幅值呈现出明显的增大趋势;趋势载荷和动态载荷单独作用下的疲劳损伤影响参数值分别为0.04、0.69,载荷谱中舍弃趋势载荷会导致结构疲劳损伤值降低31%。该研究结果在高速列车齿轮箱的仿真分析及国产化研究等方面具有一定参考价值。     

ISG电机混合动力系统传动部件疲劳寿命分析

混合动力的多种工作模式给传动系统的机械性能带来新的考验,通过研究基于ISG电机的混合动力控制策略,确定汽车在标准工况下各动力源输出扭矩的变化历程,为传动系部件设计校核提供参考载荷谱.以发动机扭矩输出花键轴为研究对象进行疲劳性能分析.首先通过试验测得ECE+EUDC标准工况下发动机扭矩载荷谱,然后根据单位扭矩载荷的应力应变响应合成疲劳寿命分析的损伤载荷谱,利用Brown-Miller损伤模型进行疲劳寿命分析,分析结果表明该花键轴满足疲劳性要求.     

2.5MW风电齿轮箱轴承疲劳寿命研究

以2.5 MW风电齿轮箱高速轴轴承为研究对象,对变载荷条件下的轴承疲劳寿命进行了预测。首先对风场实测的齿轮箱输入端离散载荷谱做进一步统计分析处理,得到了更精确的连续载荷谱;其次运用修正的Miner疲劳累积损伤理论建立了风电齿轮箱轴承的疲劳寿命计算模型;最后在对齿轮箱进行受力分析的基础上,结合蒙特卡洛抽样法对高速轴轴承疲劳寿命作了分析计算。     

动车组制动盘螺栓载荷测试及疲劳损伤研究

在线运营高速动车组制动盘螺栓的结构可靠性对列车运行安全性有十分重要的影响。在研究高速动车组制动盘螺栓载荷测试技术基础上,在某客运专线,对国内某型高速动车组动轴制动盘螺栓载荷进行5天线路测试,获得制动盘螺栓载荷动态时间历程。测试工况包括正常工况和故障工况,总测试里程为6 546 km。抽样分析了电制动、连续空气制动以及紧急制动等工况下的应力特性,给出螺栓一定运用里程下的应力谱以确定幅值、次数与测试里程之间的关系。结合螺栓结构特点和测试分析结果,评估了螺栓不同运行工况下的疲劳强度。结果表明,正常工况下动轴制动盘螺栓载荷无明显变化;故障工况下,动轴制动盘螺栓拉伸载荷、周向弯矩和径向弯矩均有显著提高,且随着空气制动增加,制动热使得制动盘和螺栓温度升高。由于材质和结构的不同,两者膨胀变形存在差异,导致制动盘螺栓应力有较大变化。     

威布尔分布随机载荷下风电机组行星轮系疲劳强度分析

为了快速准确地评估风电机组行星轮系疲劳寿命,根据行星轮系输入转矩与风速的分布关系,编制了不同风速下对应的二参数威布尔随机载荷谱,并用雨流计数法对载荷谱进行统计处理;在ANSYS中对行星轮轮系进行有限元分析,得到齿轮结构应力响应;依据Minner线性累积损伤理论,结合n Code Design Life对行星轮系进行疲劳寿命估算。着重分析了风电机组在启动风速、额定风速及年平均风速工况下的行星轮系疲劳寿命,获得各齿轮疲劳损伤状况,为风电机组行星轮系疲劳强度设计提供理论依据。     

兆瓦级风电齿轮箱行星架疲劳强度分析

基于兆瓦级风电齿轮箱低速级行星架有限元分析模型,对行星架进行了疲劳损伤的研究。利用ANSYS—workbench与ANSYS经典联合仿真分析了风电齿轮箱低速级行星架的单位载荷下的应力情况;根据GL2010设计规范,得出风电齿轮箱低速级行星架部件材料的S-N拟合曲线;运用雨流循环计数法得到了行星架的疲劳载荷谱。最后,使用n Code/design life软件提出了一种将雨流循环计数法与Palmgren-Miner线性累积损伤理论和强度安全系数理论相结合的行星架疲劳强度校核的方法,得到风电齿轮箱低速级行星架的疲劳损伤和最低安全系数。分析结果表明,提出的方法是可靠实用的,为兆瓦级风电齿轮箱低速级行星架的疲劳寿命分析提供了一个更为准确的分析思路,具有一定的工程实用意义。     

矿井高低压转换装置主控承载筒体与联接螺栓疲劳寿命计算

高低压转换装置的筒体和联接螺栓长期受到交变载荷以及管壁高压水流的影响,很容易出现疲劳,产生裂纹甚至断裂。文中对高低压转换装置在两种不同的工况条件下的筒体与联接螺栓部位进行有限元应力分析,找出应力集中最大的部位,即可能发生疲劳损伤最严重的部位,计算出此处筒体和联接螺栓的疲劳寿命并验证是否满足使用要求。这为高低压转换装置的正常检查、维修和进一步的优化改进提供理论依据。     

刚度耦合影响下的变速器箱体结构动态分析及疲劳寿命预估

研究某车用手动变速器箱体与轴系刚度耦合下的结构响应和疲劳状况。首先建立变速器箱体有限元模型并通过模态试验进行了校核。然后基于ROMAX软件建立了考虑齿轮、轴系及变速器箱体柔性的变速器结构动力学耦合分析模型,通过对不同档位工况下的运转进行了精确计算得到了各轴承处的激励频谱曲线。在此基础上,对不同档位下发动机最大扭矩时箱体的耦合模型进行了动响应计算,获得了危险区域应力幅值的分布情况。最后采用振动疲劳样本法对变速器箱体危险区域的疲劳寿命进行了计算与分析。     

风力发电机组齿轮箱弹性支撑橡胶疲劳寿命分析

针对风力发电机组齿轮箱弹性支撑疲劳寿命预测问题,将数值仿真技术应用到了橡胶疲劳分析中。使用橡胶模型参数建立了轴瓦弹性支撑有限元模型,进行了静刚度试验,通过对比发现了仿真结果与试验结果比较符合;选定疲劳损伤模型,进行了橡胶材料的疲劳寿命测试,拟合了模型参数;在风电机组设计载荷下,开展了齿轮箱弹性支撑橡胶的疲劳损伤分析,提出了多轴变载工况下橡胶疲劳分析方法,将疲劳载荷时序加载转换成位移时序加载,计算了时序疲劳载荷损伤和等效疲劳损伤,得到了弹性支撑在不同部位疲劳损伤分布情况。研究结果表明:时序疲劳载荷相对等效疲劳载荷对橡胶的疲劳损伤更大,实际疲劳校核应按时序疲劳载荷进行。     

基于周期对称模型的MW级风电机组变桨轴承连接螺栓强度计算

针对MW级风机变桨轴承连接螺栓的强度分析问题,采用周期性建模的方式建立了螺栓的有限元分析模型,并基于GL规范计算了螺栓的极限强度及疲劳强度。首先在最大预紧力工况下基于最大极限载荷计算得到了螺栓的最小极限安全系数。然后通过比较3个叶片的极限疲劳载荷得到了最大的极限疲劳载荷,在最小预紧力工况下基于该载荷得到了螺栓的载荷-应力非线性曲线,构建了新的载荷谱并根据载荷-应力曲线将该载荷谱转化为应力谱,利用雨流统计和Palmgren-Miner准则得到了螺栓的最小疲劳安全系数。计算结果表明,变桨轴承与轮毂连接螺栓和变桨轴承与叶片连接螺栓的极限、疲劳强度满足设计要求;该方法减少了有限元的计算量,为螺栓的强度分析提供了新的思路。     

基于实测载荷谱的AMT换挡箱体疲劳寿命预测

以某电控机械式自动变速器(AMT)换挡箱体为研究对象,考虑发动机和路面振动激励的影响,通过合理布置传感器,在襄阳汽车试验场采集了AMT换挡箱体振动载荷谱,并对载荷谱进行了预处理和重复性检验。通过载荷谱应力最值比较发现,部分测点为危险区域,是结构设计和改进需要重点考虑的地方。结合疲劳累积损伤原理对目标测点的疲劳寿命进行了分析计算,对换挡箱体可靠性分析和局部结构完善具有重要意义。     

考虑环境参数的风电齿轮箱传动系统疲劳性能优化

随机风速会使风电齿轮箱传动系统出现频繁的载荷波动,造成复杂的结构变形,容易产生齿轮偏载,加剧其接触疲劳失效风险。提出了一种考虑环境参数随机不确定性的风电齿轮箱传动系统疲劳性能优化方法,在建立计入全局载荷的风电齿轮箱传动系统动力学模型基础上,利用代理模型方法重构“平均风速、湍流强度-齿轮修形参数-齿轮长期接触疲劳损伤”映射关系,建立考虑风速概率分布的多级齿轮修形参数优化函数,对比了风电齿轮箱传动系统疲劳性能优化效果。结果表明,低速级太阳轮长期接触疲劳损伤值大于0.7,是风电齿轮箱传动系统高可靠设计的薄弱环节之一;优化后的风电齿轮箱齿轮长期接触疲劳损伤值明显降低,其中低速级太阳轮长期接触疲劳损伤值降低了11.37%,疲劳性能提升效果显著。     

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。     

风电齿轮箱加速疲劳寿命试验验证

对于风电齿轮箱的高可靠性要求,都是通过加速疲劳寿命试验的技术方法来验证齿轮箱的疲劳可靠性。根据主机厂提供的齿轮箱设计载荷谱,确定额定载荷在额定转速下运转的时间;应用Miner理论,确定风电齿轮箱加速疲劳寿命试验的试验步骤,以此试验后的结果来验证齿轮箱的疲劳可靠性。