多工况下风电齿轮箱联接螺栓疲劳寿命分析

针对风电齿轮箱联接螺栓疲劳受载复杂性问题,建立含螺栓的风电齿轮箱有限元模型,分析不同扭转和弯曲载荷下螺栓应力变化规律,依据风力发电机实际载荷谱,分段插值获得螺栓疲劳应力谱;基于雨流计数方法和Palmgrem-Miner疲劳累积损伤理论,结合螺栓材料S-N曲线,预测各疲劳应力谱下螺栓疲劳损伤,研究风电齿轮箱三种疲劳工况下各不同联接螺栓的疲劳寿命。结果表明:各疲劳工况下,前箱体与一级内齿圈间联接螺栓疲劳损伤值较大,疲劳弯矩工况下达最大损伤值0.853;疲劳扭矩工况下螺栓应力随扭矩增大而增大,危险螺栓靠近箱体两侧支撑处;疲劳弯矩工况下箱体产生倾覆效应,M_Y弯矩下危险螺栓位于箱体上下两侧,M_Z弯矩下危险螺栓位于箱体左右两侧。此次研究工作对提高风电齿轮箱整体使用寿命具有重要意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于多轴准则的货车车体疲劳寿命分析方法

基于变幅应力循环的损伤等效恒幅应力计算方法和形状改变能密度理论,提出承受变幅循环,处于多轴应力状态下的结构的疲劳寿命分析方法。根据几何特征建立焊缝坐标系,计算节点在该坐标系下的应力分量,根据线路实测载荷谱获得节点应力谱;根据应力谱计算节点损伤等效恒幅应力,结合接头抗疲劳设计等级,计算节点材料利用度分量和综合材料利用度,评估结构在指定寿命下的疲劳强度。对敞车车体典型焊缝的疲劳强度进行评估,结果表明所研究焊缝的疲劳强度主要受正应力分量的影响,切应力对结构疲劳强度的影响较小。对比研究不同分析方法下的节点材料利用度特征,结果表明,当考察点具有显著的多轴应力特征时,依据AAR标准提供的方法和依据多轴应力法获得的结构疲劳强度评估结果间存在较大差异;依据多轴应力法进行评估时,所关注节点的材料利用度较采用AAR方法评估的结果小18.5%。采用多轴应力法评估疲劳强度有利于车体结构轻量化设计。     

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。     

基于有限元方法的压裂泵连杆疲劳强度分析

压裂泵连杆在工作过程中受到复杂的交变载荷作用,为防止发生疲劳破坏,对压裂泵连杆疲劳强度进行分析。首先建立五缸压裂泵连杆装配组件有限元模型,然后在考虑过盈配合及联结螺栓预紧力装配条件的情况下,对连杆的几种极限工况进行静力有限元分析,获得连杆在各工况下的应力应变,接着将各工况静力分析结果导入疲劳分析软件FE－SAFE中,从而确定疲劳载荷谱,并以此计算连杆疲劳寿命及疲劳安全系数,对连杆疲劳寿命进行定量分析。结果表明,压裂泵连杆疲劳寿命及疲劳强度满足设计要求。     

MW级风力发电机组变桨螺栓疲劳寿命分析

基于德国船级社Germanisher Lloyd(GL)认证规范,在有限元软件MSC/Marc中对变桨螺栓进行了疲劳应力分析,得到载荷-应力历程;将多体动力学软件Bladed中计算得到的时间-载荷历程与载荷-应力曲线进行通道合并,处理成疲劳分析的时间-应力历程(随机载荷谱),并通过雨流计数法将随机载荷谱处理成规律性的载荷谱.同时依据VDI2230规范建立S-N曲线并对其进行修正,最后运用Palmgren-Miner线性损伤理论得到螺栓最终的损伤值.研究结果表明变桨螺栓在20年的设计寿命中不会发生疲劳破坏.