风力机传动链齿轮齿根疲劳裂纹扩展剩余寿命评估

在叶轮气动载荷模型、柔性传动链模型和齿根弯曲应力模型的基础上,建立了随机风速下风力机传动链齿轮齿根疲劳裂纹扩展剩余寿命计算模型,对不同风速下的齿根弯曲应力进行了计算,分析了随机载荷下裂纹的扩展速率.对1.5 MW风力机太阳轮齿根疲劳裂纹的扩展进行了分析.结果表明:风力机齿轮齿根疲劳裂纹扩展寿命主要受风载荷影响,且紧急制动等冲击对裂纹扩展后期的影响不可忽视.     

风电行星轮系动态传动特性分析

以风力发电机用增速齿轮箱内斜齿行星齿轮系为研究对象,考虑行星架存在的多间隙对齿轮啮合影响,建立齿轮系的非线性有限元模型,结合接触冲击动力学理论和有限元法,得到风电斜齿行星轮系的动态啮合应力和齿根弯曲应力。研究不同转速和扭矩时风电齿轮传动的特点和变化规律,分析转速和扭矩对斜齿行星传动特性的影响,并对不同扭矩和转速的齿轮啮合应力和齿根弯曲应力进行对比。结果表明:转速对啮合应力的影响较大,转速达到某一数值时,齿轮啮合过程中的应力达到最小,在此基础上增大或减小转速,应力均会增大;扭矩对应力的影响不大,但增大到或减小到一定程度会导致齿轮卡齿,建议对轮齿进行修行,以减小轮齿的应力。     

正交面齿轮副动力学仿真及疲劳寿命分析

基于齿轮啮合原理,推导了正交面齿轮的齿面和齿根方程,借助MATLAB、Imagewear和UG软件生成了面齿轮副的实体和装配模型,利用Adams软件进行面齿轮副的刚体动力学建模及求解,得到面齿轮副的瞬态接触力;以此为疲劳分析载荷谱,结合基于GL规范计算的面齿轮材料的近似S-N曲线及静载荷作用下齿轮副的应力应变结果,在FE-SAFE中采用最大主应力法求解得到面齿轮副的疲劳寿命和安全系数,并研究了表面粗糙度和应力集中系数对其疲劳寿命的影响规律。结果表明,面齿轮副的瞬态接触力相对理论值的波动超过50%,面齿轮寿命随表面粗糙度和应力集中系数的增加而减小,粗糙度较大时疲劳寿命锐减,疲劳寿命对应力集中系数较敏感。     

基于动应力计算的构架疲劳寿命分析

以SW-220K型转向架构架为例,通过建立动力学计算模型,获得疲劳分析加载的载荷—时间历程,将动力学计算结果返回至有限元计算中,利用振型分解法得到该载荷—时间历程下的动态应力分布及应力—时间历程,并依据相应的编谱方法进行动应力编谱,根据Miner损伤定理计算得到构架的疲劳寿命。     

电力系统次同步振荡对风力发电机轴系疲劳损伤影响的可靠性分析

为了分析电力系统发生次同步振荡时对双馈风力发电机轴系疲劳损伤程度的影响,根据2 MW级双馈风力发电机轴系机械结构,运用三质块等效数学模型,通过PSCAD软件仿真得到电力系统发生次同步振荡时风力发电机的电磁扭矩。基于雨流计数法按照电磁扭矩振荡模型制作等效载荷谱。利用Solid Works软件建立风力发电机轴系变速齿轮有限元模型,并用ANSYS软件对其模型进行网格划分与静强度分析。基于S-N曲线理论与Miner线性疲劳累积损伤方法,通过Ncode软件计算风力发电机轴系齿轮在次同步振荡扭振载荷作用下的疲劳损伤程度。分析不同次同步振荡时长对风力发电机轴系齿轮部分疲劳损伤程度的影响。分析结果有助于预测风力发电机轴系齿轮部分使用寿命,提高风电系统安全可靠性。     

基于频域法的转向架构架动应力谱仿真研究

采用多体系统动力学仿真软件SIMPACK建立完整的机车车辆系统动力学模型,通过线性分析,得到作用于构架上的载荷谱;利用有限元分析软件ANSYS建立详细的构架有限元模型并求解其各阶固有频率和振型,同时确定危险点所在位置。然后进行谐响应分析得到危险点应力载荷间的传递函数;最后通过作用于构架上的载荷谱与传递函数叠加得到危险点的输出应力谱。该研究方法能有效地运用于构架结构设计阶段——获得其应力谱,为在频域中对构架的疲劳寿命作出评估奠定了基础。该仿真技术同样适用于其他相关研究领域,如航空航天、工程机械和公路车辆等。     

基于动力学仿真和有限元分析的曲轴疲劳寿命计算

在对某型六缸汽车发动机曲轴系动态仿真和对曲轴进行静态有限元分析基础上对曲轴的疲劳寿命进行了计算。首先对曲轴系进行动态仿真，得到曲轴连杆颈处的载荷和载荷谱，载荷作为曲轴有限元分析的力边界条件，而栽荷谱经过简化，得到计算曲轴疲劳寿命的载荷谱，同时利用弹簧单元对主轴颈处的弹性支撑实际状况进行了模拟，也考虑了相邻拐的影响，然后在有限元分析的基础上分别利用S—N和局部应变法计算了曲轴的疲劳寿命，得到的结果说明传统的计算过于保守，这不但对曲轴的设计和优化有一定的意义;也说明再制造发动机时直接利用曲轴其寿命是可靠的，足以维持下一个生命周期。     

基于ANSYS优化模块的疲劳试验机载荷的确定

测定缸套的疲劳寿命,需使试件的应力与缸套一致。为达到该效果,利用ANSYS的优化模块,将疲劳试验机施加拉力及扭矩的大小作为设计变量,试件危险点的等效应力作为状态变量,构造适当的目标函数,使试件危险点的应力状态与缸套危险点的应力状态完全相同,最终优化后的拉力及扭矩大小即为疲劳试验机实际加载的载荷。结果表明,通过ANSYS的优化功能可以快速、精确的确定疲劳试验机的载荷,为预测缸套等零件的疲劳寿命提供准确的边界条件。本文的优化结果已用于某柴油机缸套的寿命预测。     

曲轴齿轮啮合冲击及过盈配合的有限元分析

利用有限元理论和数值计算方法,对曲轴齿轮和惰轮啮合状态进行了冲击载荷作用下的动应力分析,并对曲轴齿轮和曲轴段的过盈配合状态作了接触有限元计算.通过对曲轴齿轮综合接触应力和齿根应力的计算分析,为曲轴齿轮的设计和改进提供了理论依据.     

风力发电机齿轮箱齿根弯曲疲劳寿命仿真技术与方法研究

为了正确评估齿轮传动系统齿根弯曲疲劳寿命,以风力发电机齿轮箱为研究对象,以轮齿的线性强度退化表征疲劳效应,建立系统寿命蒙特卡洛仿真模型。模型全面考虑轮齿强度的随机特性,由轮齿转动带来的系统结构时变特性,轮齿的强度退化引起的系统抗力时变特性,齿轮传动系统失效相关特性以及各特性之间的耦合作用。在模拟载荷谱下,分析750 kW风力发电机齿轮箱传动系统疲劳寿命的分布,得到各齿轮和齿轮传动系统的寿命分布参数。     

基于虚拟仪器的风电机组疲劳载荷测试系统

介了大型水平轴风力发电机组机械部件的疲劳载荷测试和寿命预测.设计、识别、计算、评估了疲劳载荷测试系统的载荷发生过程和数据处理过程.阐述了基于虚拟仪器技术的载荷数据采集和处理过程的工作状况.根据线性疲劳损伤相关理论和材料的疲劳载荷谱以及应力.寿命曲线得到了风力发电机组叶片和塔架的实测数据的寿命估计值.     

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.     

转8G型转向架交叉支撑装置疲劳寿命仿真

根据实测的交叉杆的动应力,识别其上的载荷,提出了载荷组合的方法,利用这些载荷进行了有限元应力场的分析计算,最后应用MSC.Fatigue2001疲劳分析软件,用名义应力法对转8G型转向架交叉支撑装置的疲劳寿命进行了仿真计算,得到了99%可靠度下的疲劳寿命分布,与交叉支撑装置的实际使用寿命较吻合。     

船用高速齿轮齿根弯曲疲劳强度的计算

当船舶劈波斩浪时,因受水浮力、船舶重力等作用,船体将产生中拱或中垂弯曲变形,该变形影响到沿船体纵向布置的齿轮的强度和寿命.针对传统的船用高速齿轮在强度计算中不计齿间摩擦、离心力和船体变形的缺陷和不足,以沿船体纵向布置的渐开线增速齿轮机构中主动轮为研究对象,推导出综合考虑齿间摩擦、离心力和船体变形的齿根弯曲疲劳强度计算公式.算例表明,齿间摩擦使齿根弯曲应力增加9.98%,离心应力占齿根弯曲许用应力的11.18%,船体变形使齿根弯曲应力增加7.25%.     

考虑载荷和参数随机性的风电齿轮传动系统动力可靠性研究

建立风电齿轮传动系统的动力学模型,考虑风载和齿轮系统设计参数的随机性,利用随机抽样法和Runge-Kutta法求解系统的动态响应,经统计分析得到各齿轮传动件动态啮合力的统计特征。根据雨流计数原理,将各齿轮传动件动态啮合力的时间历程转化为一系列变幅疲劳载荷谱,采用Geber二次曲线等效方法计算得到相应的等效应力幅值和频次。应用概率疲劳累计损伤理论,建立风电传动系统及其齿轮传动件的动力可靠度模型。计算得到各参数随机变异时系统动力可靠度随时间的变化规律,分析参数随机性对齿轮传动件动力可靠度的影响,并将计算结果与Monte-Carlo法的计算结果进行对比,为风电齿轮传动系统基于动力可靠度的优化设计提供了参考。     

机车车体关键部件的疲劳寿命预测与试验验证

利用多体动力学和有限元结合的方法对机车车体的关键部件进行疲劳寿命预测,首先建立机车整车的多体系统动力学模型,根据设定的工况计算得到机车车体关键部件的载荷时间历程,结合有限元计算得到的车体结构的应力应变结果和材料疲劳特性曲线,基于疲劳损伤理论,利用准静态法对机车车体关键部件的疲劳寿命进行预测。然后利用机车线路试验结果与仿真结果进行对比分析,结果表明准静态法作为预测机车车体疲劳寿命的一种工程应用方法是可行的。     

不同海况下近海超大型风力机动力学响应及结构损伤分析

以超大型DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象,通过p-y曲线和非线性弹簧建立桩-土耦合模型,选取Kaimal风谱模型建立湍流风场,基于P-M谱定义不同频率波浪分布,并利用辐射/绕射理论计算波浪载荷,采用有限元方法对不同海况下单桩式风力机进行动力学响应、疲劳及屈曲分析。结果表明：不同海况波浪载荷作用下塔顶位移响应及等效应力峰值远小于风及风浪联合作用,其中风浪联合作用下风力机塔顶位移响应及等效应力略小于风载荷;波浪载荷对风载荷引起的单桩式风力机动力学响应具有一定抑制作用,此外相较于波浪载荷,风载荷为控制载荷;风载荷与风浪联合作用下风力机等效应力峰值位于塔顶与机舱连接处,波浪载荷风力机等效应力峰值位于支撑结构与桩基连接处;仅以风载荷预估风力机塔架疲劳寿命将导致预估不足;随着波浪载荷的增大,风力机失稳风险加大,波浪载荷不可忽略;不同海况下,风浪联合作用局部屈曲区域位于塔架中下端,在风力机抗风浪设计时,应重点关注此处;变桨效应可大幅降低风力机动力学响应、疲劳损伤及发生屈曲的风险。     

涡轮盘的三种低周循环疲劳寿命预测方法对比研究

为了确定涡轮盘的低周循环疲劳寿命,在前人研究的基础上对基于局部应力应变法的低周循环疲劳寿命计算程序的计算结果进行了验证,并将其应用于某涡轮盘的寿命评估中。分别对比分析了Morrow平均应力方程、修正的Morrow以及SWT参数模型三种方法下,输入名义主应力谱、名义等效应力谱与真实主应力应变谱的寿命计算结果。研究表明:3种模型中SWT方程模型计算的寿命最短,Morrow次之,修正的Morrow计算寿命最长;相比修正Morrow,SWT和Morrow计算结果差别较小,误差在50%以内,真实主应力应变谱与名义主应力谱对寿命的预测趋势相同;选取基于名义主应力谱的SWT模型进行寿命预测,寿命安全系数为5时,该轮盘的冷却空气流动孔的寿命为1 941次循环,法兰孔的寿命为24 164次循环,盘心的寿命为16 235次循环。     

基于动力学的风力机齿轮传动系统可靠性研究

为正确评估齿轮传动系统齿面接触疲劳寿命,以2 MW风力发电机齿轮传动系统为研究对象,引入风场风速变化规律并选用weibull分布建立随机风速模型。考虑外部风载以及由齿轮、轴承刚度等引起的内部载荷激励,建立行星齿轮传动系统平移-扭转动力学模型,求得传动系统各齿轮副动态啮合力并计算相应的应力历程。针对齿轮传动强度及受载随机性的特点,以轮齿的强度退化表征疲劳效应,基于非线性疲劳损伤累积理论建立剩余强度模型,在传统应力-强度干涉理论的基础上,得到随机风载作用下齿轮传动系统动态可靠度功能函数,通过摄动法对零部件的动态可靠度变化曲线进行描述。结果表明：在强度退化和随机载荷联合作用下,风力机系统各齿轮疲劳可靠度随服役时间出现逐渐下降的趋势,且服役前期可靠度下降趋势较快,中后期下降趋势逐渐减缓,强度退化形式及载荷大小影响着可靠度的变化趋势。该模型反映了齿轮传动系统可靠度随服役时间的变化规律,为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了参考。     

基于瞬时油耗的柴油机扭矩测试方法与应用

针对当前国内工程机械载荷谱测试中,无法较准确地采集发动机输出扭矩的难题,提出了基于瞬时油耗的发动机瞬时扭矩测量方法,论证了测量方法的科学性和合理性,设计完成了数据采集系统,并成功应用于ZL50装载机载荷谱的测试。最后对ZL50装载机载荷谱数据进行了分析,比较不同作业方式对转速、功率、油耗等参数的影响。