风电机组行星轮系柔性齿圈疲劳寿命研究

为探究风电机组行星轮系柔性内齿圈在动态啮合力作用下的疲劳损伤规律,建立考虑内齿圈结构柔性的行星轮系动力学模型,运用瞬态动力学进行仿真计算得到内齿圈结构应力时域历程,并通过试验验证该动态应力仿真结果的正确性。运用雨流循环计数法及Goodman平均应力修正法得到对称循环应力,随后结合Miner线性损伤理论计算内齿圈结构的弯曲疲劳寿命,分析内齿圈结构变形引起应力变化对疲劳寿命的影响,探讨不同轮缘厚度、支撑数量及不同负载下内齿圈结构疲劳寿命的变化规律。结果表明：内齿圈疲劳寿命受到齿圈结构变形和轮齿变形的共同作用,轮缘越薄内齿圈结构变形越剧烈,各轮齿间寿命差距越大,两支撑间各轮齿疲劳寿命波动趋势越复杂;当齿圈柔性较大时,其最大应力由齿圈结构变形引起且疲劳破坏点由齿根向齿槽偏移,齿圈柔性较小时其疲劳寿命主要取决于轮齿变形。     

船舰用齿轮箱轴承孔的中心位移及轴线偏移量计算

以某舰用齿轮箱为例,用有限元法计算出轴孔周边各离散点的位移;然后确定变形后的齿轮箱体轴孔中心位移量,最后确定出变形后的箱体主动轮轴线和从动轮轴线的夹角。     

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。     

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。     

风电机组齿轮箱高速轴端轴承热-应力耦合故障分析

建立了风电机组齿轮箱高速轴端轴承的热阻网络模型,研究了在变风速、变载荷情况下轴承的动态热特性.采用Ansys Workbench有限元方法进行三维热-应力耦合分析,并模拟轴承及其在故障条件下的温度、形变及热应力特征.结果表明:风速、轴承内圈和滚动体之间的接触热阻及润滑油的对流接触热阻对轴承的温度有显著影响;轴承正常运行时,最大形变出现在内圈与滚动体接触面,最大热应力出现在外圈外表面边缘;当轴承出现胶合以及磨损故障时,其温度分布、热流量及热应力均有不同程度变化.     

齿面粗糙度对风电齿轮箱行星轮系动力学特性影响

为研究齿面粗糙度对行星轮系动力学特性的影响,提出行星轮系齿轮副动态承载接触分析与系统振动位移耦合方法。以某型兆瓦级风电齿轮箱行星轮系为研究对象,基于分形理论对轮齿粗糙表面进行分形表征,通过齿轮副啮合变形协调条件,构建齿面动态承载接触状态与构件振动位移、粗糙齿面啮合误差以及摩擦力的关联关系,建立风电齿轮箱行星轮系动力学模型,分析粗糙齿面啮合误差与摩擦力对系统动态特性的影响。结果表明：随着粗糙度的增大,齿面载荷峰值与波动幅值增大,动态啮合刚度幅值出现明显波动,均载性能降低;增大粗糙度会降低行星轮系临界转速,在低转速区域内,其具有激励增振作用,而在临界转速区域附近,其具有阻尼减振作用;摩擦力主要影响行星轮系各构件振动位移,可改变动态啮合力在少齿啮合区的幅值。     

制动工况下风电齿轮传动系统的动力学特性分析

考虑多种内、外部因素通过仿真获得风力发电机正常制动时齿轮箱的外部载荷。采用集中质量参数法在考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、综合啮合误差、齿侧间隙和齿面滑动摩擦力等因素的情况下建立风力发电机齿轮传动系统的纯扭转非线性动力学模型;利用数值方法求得传动系统在制动工况下各齿轮副沿啮合线的振动位移和动态啮合力等;分析齿侧间隙和齿面滑动摩擦力对风电齿轮传动系统动力学的影响。     

基于齿根弯曲疲劳强度的渐开线涡旋齿载荷模型

分析渐开线动涡旋齿的作用压力和应力特点,确定了涡旋齿根弯曲疲劳强度计算准则,得到基于齿根弯曲疲劳强度的载荷模型。研究表明,涡旋齿内外壁面的压力分布规律不同,涡旋齿上任意点的应力近似于脉动循环的弯曲应力,可用安全系数法计算涡旋齿根弯曲疲劳强度。涡旋齿工作中相当于受到展角间隔为π的π展角区域内压作用,内压载荷的大小等于涡旋齿内外壁面的压力差,内压作用载荷变化不连续;当曲柄转角为开始排气角时,不但载荷值最大,而且作用区域离涡旋齿中央区域最远,涡旋齿安全系数最小;选择合理的开始排气角是提高涡旋齿强度和稳定性的重要途径。     

风电齿轮箱高速轴轴承疲劳寿命及动态可靠性分析

为探究风电机组齿轮箱高速轴圆柱滚子轴承在服役过程中的疲劳寿命和可靠度变化规律,以新疆达坂城风场年度风载荷为外部激励,建立基于威布尔分布的随机风速模型及考虑内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度等激励因素的风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过Newmark积分法求解高速轴轴承动载荷。运用雨流计数法及Goodman平均应力修正法得到对称循环应力,结合线性损伤理论和非线性损伤理论的对比,获得轴承的接触疲劳寿命和动态可靠度。结果表明：额定功率下,在外部随机风载激励和内部齿轮-轴承耦合共同作用下,内激励仍然对系统高速轴轴承动载荷起主要作用。与线性损伤累计理论相比,非线性损伤累计理论考虑载荷加载的顺序效应,能更好地描述轴承在整个疲劳寿命过程中各阶段的疲劳损伤情况。轴承在服役过程中,前15年的损伤较小,可靠度衰减缓慢,而在后期可靠度呈现出非线性迅速下降趋势,应及时调整维护策略。     

啮合齿向误差对齿轮承载能力的影响

提出了一种啮合齿向误差计算方法,即将齿轮轴线倾角分成两个分量,分别计算啮合齿向误差,然后按方向进行叠加;用这种方法可以分析多种外界因素对齿轮啮合的影响,如箱体变形、轴端受力、轴线挠曲等;可以形成适当的空负荷啮合齿向误差,使工作状态下啮合齿向误差得到补偿;可以根据齿轮接触情况验算齿轮强度;在不增加啮合齿向误差的前提下,合理给定支承平行度要求。     

有限宽轴承-转子系统非线性动力学行为的若干问题研究

利用对非定常短轴承的油膜压力分布公式进行了变分修正所得出的具有足够精度，适合轴径大扰动情况下的有限宽圆轴承非定常油膜力的解析公式，采用数值模拟，对有限宽轴承-刚性Jeffeott转子的非线性动力学行为进行了研究，得出了与已有文献结论相近似的分岔与混沌特性。     

基于神经网络的游梁式抽油机示功图软测量研究

游梁式抽油机示功图是悬点载荷和悬点位移的关系图,示功图可以诊断油井的工作状况。至今没有一种有效方法实时测量示功图,主要原因是载荷传感器容易老化及使用寿命短。针对游梁式抽油机的示功图实时测量难问题,总结了现有的示功图间接测量方法后,提出了基于神经网络的示功图软测量方法。该方法的核心是实时测量游梁式抽油机的相关物理量,如电机功率、游梁摆动角度,利用神经网络的非线性逼近功能,预测抽油机悬点载荷。通过数据通信手段,把相关的现场数据传到数据中心,数据中心的示功图测量单元由神经网络预测抽油机悬点载荷,加上悬点位移,得到抽油机示功图。实验仿真表明基于神经网络的示功图软测量方法是可行的,有推广应用价值。     

顶管摩擦力对土体竖向位移影响的动态模拟

研究了顶管顶进过程中摩擦力对土体竖向位移的影响,利用Marc有限元软件对顶管的顶进过程进行了三维动态模拟,阐述了模拟过程中参数的选择及模拟的主要过程。结果表明,摩擦力的增大会使横向及纵向表层土体的竖向位移均增大,同时随顶进距离的增加,横向表层土体位移的增幅越来越小,而纵向土体位移则表现为距离顶管前端距离越小的地表土体位移增速越快,且摩擦力对横向土体的影响范围大于对纵向土体的影响范围。     

Metallic structures subjected to cyclic loadings—II. A new approach to assess the steady state

This work concerns the assessment of the steady state for metallic structures under prescribed force and cyclic prescribed displacement. In part I, it was confirmed that the elastic analysis forecasts were not always reliable especially when the elastic follow-up phenomenon is significant and the stresses due respectively to the prescribed displacement and force have membrane parts in the same direction. Since the majority of the rules for the design of such structures are based on elastic analyses, their forecasts could be negatively affected when the above situations exist. To avoid such a risk, a new method is proposed. Its application needs at the most an elastoplastic analysis of the first cycle and does not necessitate splitting the stress field into primary and secondary parts. Comparison of the forecasts of the proposed method with a number of test results on various structures is also presented.     

活塞动力学二阶运动的仿真方法与试验研究

采用多体动力学在时间域内迭代计算活塞、缸套及润滑油膜相互耦合子系统的运动学与动力学方程,在考虑活塞体径向刚度、活塞体及缸套冷热态型面的影响下,得到活塞主、副推力侧实际工况下的热态配缸间隙;动力学仿真方法计算出活塞二阶运动结果,包括:活塞主、副推力面间换向的径向运动和绕活塞销的转动;二阶运动对缸套的动态敲击力作为载荷边界条件施加在有限元模型上,计算出气缸体在活塞敲击下的振动响应;同时,在发动机台架上对气缸体两侧的活塞敲击处布置加速度传感器、以及布置缸内爆压传感器和上止点位置测量得到气缸体结构振动响应,试验结果验证了仿真模型的有效性.     

1.5MW风力机叶片变形的分析

影响风力机叶片变形的载荷源主要是空气动力载荷、离心力载荷以及重力载荷.讨论了一种风力机叶片变形的计算方法,首先将叶片简化为悬臂梁进行初步分析并得出剪力和弯矩,然后进一步将悬臂梁离散化,通过对离散化节点的分析得出叶片各截面的变形.静载实验针对某1.5MW叶片的六个截面展开,测试了某叶片模型在其设计风速时各剖面的变形量.通过实验验证了文中计算方法的可靠性,并对实验和计算结果进行对比分析.     

地下厂房岩锚吊车梁三维有限差分分析

应用三维有限差分法,采用FLAC3D程序对洪屏抽水蓄能电站地下厂房的岩锚吊车梁进行数值模拟。对锚杆受力情况、轮压荷载影响范围、锚杆与接触面关系、接触面受力状况、梁体受力及位移情况进行了分析,得出有意义的结论和建议,对岩锚吊车梁的设计提供了参考价值。     

黑河放水塔三维拟静力有限元分析

结合黑河引水工程引水洞放水塔的三维拟静力有限元分析，给出了附属结构或质量在地震荷载作用下的等效结点荷载确定方法，得到了各种荷载工况下，塔体的位移、应力、内力成果，为塔体的安全设计提供了重要参考依据。     

两段变直径桩的解析分析及工程应用

桩在水平荷载作用下的内力与位移计算,桩基设计规范推荐使用m法。m法的缺点是,当为了显著增大桩的水平承载力而在靠近承台的区域将土进行换填时,该处的土实际的刚度与其假定相距甚远。采用2K法进行水平荷载作用下桩的内力与变形分析,重点把握土的两个侧向弹簧刚度。2K法在工程中的应用是广泛的:承台附近土换填或加固,或将桩顶附近弯矩较大的桩身部分设为更大的直径,上段桩土弹簧刚度将增大,在一定的水平荷载作用下,桩顶位移将减小,桩的水平承载力得到提高而节省工程造价;如果在计算模型中未建立桩单元而欲求得桩顶反力,则采用变直径桩解析分析获得的位移函数和内力函数可计算桩的内力用于配筋;对于箱型基础、大型筏板基础,可较为精确地考虑其对桩顶的嵌固作用而提高桩的水平承载力;上部结构的刚度使得桩顶部有侧向支撑,桩身弯矩变小,也可优化桩基设计;对于桩基上的动力机器和块式基础,可以认为块式或承台是上段大直径桩,由此获得的上段桩侧向土弹簧刚度将非常可观,可用于优化桩基设计。如果考虑将桩建入计算模型,可以通过本方法得出的四个刚度参数输入到弹簧支座刚度矩阵中,能够节省桩建模及其内部单元带来的大自由度,计算模型更容易维护,其这也是一体化建模发展过程中的一个重要里程碑。     

变风载下风力发电机齿轮传动系统动力学特性研究

根据风力发电机齿轮传动系统所处的由随机风速引起的复杂变工况环境,用自回归AR风速模型模拟实际风场的风速,获得了由随机风速引起的时变风载荷;采用集中质量参数法建立了传动系统的纯扭转动力学模型,求得了系统的固有频率和阵型;研究了传动系统在时变风载下的动态特性,求得了各齿轮的振动位移和各齿轮副的动态啮合力,为风力发电机传动系统的动态性能优化和可靠性设计奠定了基础。