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风力发电机组中的高强螺栓计算及注意事项
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3秒自动关闭窗口风力发电机组法兰连接系统结构分析研究--《重庆大学》2012年硕士论文
风力发电机组法兰连接系统结构分析研究
【摘要】：近年来，我国风力发电产业取得了快速发展，风力发电机组也逐步向大型化方向发展，风电行业竞争日益激烈，这对我国风力发电机组系统的设计水平和制造能力提出了更为高难的要求。为了降低风电机组的成本同时又能保证整个风机零部件的安全可靠性，就需要运用新颖的、有效的设计方法和技术进行设计分析。
塔筒是风力发电机组重要的承载部件之一，而法兰连接系统又是连接主机架和各段塔筒的重要部件，因此连接的可靠性和安全性对整个风电机组的正常运行有着不可估量的作用。在风机运行过程中，风轮将吸收的风能转化为机械能并通过主轴一部分传递给发电机，另外一部分通过主机架传递给塔顶法兰系统，进而传递到塔筒上。法兰连接系统所承受的载荷是复杂多变的动载荷，在这些载荷作用下，系统各个部件可能会发生屈服或者疲劳破坏，所以论文重点运用非线性接触理论、强度理论和疲劳分析理论，以德国劳埃德船级社（GL）风力发电机组认证规范为依据，对塔筒法兰连接系统结构的强度和疲劳寿命做了详细的研究。论文的研究方法为风力发电机组塔筒法兰连接系统的设计与研发提供了技术参考，具有工程实用价值。
论文完成的主要研究工作有：
①偏航轴承在传递载荷过程中具有很强的非线性，因此以非线性接触有限元分析理论为基础,根据塔顶法兰系统的结构和受载特点，用有限元法对极限工况承载下的偏航轴承和塔顶法兰细节进行静强度分析。同时建立了两种有限元模型分析了机架结构刚度对塔顶法兰各连接部件的强度影响。
②根据疲劳累计损伤理论，建立塔顶法兰疲劳分析模型，应用有限元方法计算塔顶法兰疲劳应力，运用雨流计数法仿真得到的疲劳载荷谱，通过对材料S-N曲线的修正，计算出塔顶法兰在设计工作年限的疲劳损伤。
③法兰连接强度分析。运用Petersen方法失效机制和有限元分析方法分别对法兰螺栓连接强度进行了分析计算，并对两种算法结果进行对比分析，为法兰螺栓连接校核提供了计算依据。
④对法兰连接螺栓进行了疲劳分析。根据法兰高强度连接螺栓的受力特点，运用基于Petersen方法的Schmidt-Neuper方法并结合Palmgren-Miner线性累计损伤理论来计算法兰连接螺栓在允许寿命内的疲劳损伤。
【关键词】：
【学位授予单位】：重庆大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TM315【目录】：
摘要3-4ABSTRACT4-81 绪论8-14 1.1 风力发电国内外现状综述9-11
1.1.1 国外技术现状9-10
1.1.2 国内技术现状10-11 1.2 本课题研究的意义与主要内容11-14
1.2.1 课题的研究意义11-12
1.2.2 论文的主要研究内容12-142 塔顶法兰系统非线性有限元分析14-33 2.1 塔顶法兰分析系统概述14-15 2.2 偏航轴承的非线性接触分析15-20
2.2.1 接触问题介绍15-16
2.2.2 求解接触问题的有限元数值分析方法16-19
2.2.3 GAP 单元模拟偏航轴承滚子的有限元分析理论19-20 2.3 塔顶法兰系统静强度分析20-33
2.3.1 塔顶法兰静强度分析的接触设置20-22
2.3.2 塔顶法兰静强度分析的边界条件22-24
2.3.3 计算结果24-27
2.3.4 机架模型对塔顶法兰系统应力结果的影响27-31
2.3.5 对比分析31
2.3.6 本章小结31-333 塔顶法兰疲劳分析33-43 3.1 疲劳分析理论及方法概述33-34 3.2 塔顶法兰疲劳寿命分析34-42
3.2.1 疲劳应力分析34-38
3.2.2 疲劳载荷谱的确定38-39
3.2.3 疲劳分析 S-N 曲线及其修正39-41
3.2.4 疲劳分析结果41-42 3.3 本章小结42-434 法兰连接强度分析43-57 4.1 法兰螺栓连接应用介绍43-44 4.2 法兰螺栓连接计算理论44-49 4.3 法兰连接分析模型与结果分析49-51 4.4 法兰连接有限元分析模型与结果51-56 4.5 本章小结56-575 法兰连接螺栓疲劳分析57-64 5.1 螺栓疲劳分析计算理论57-61
5.1.1 法兰连接螺栓刚度计算57-58
5.1.2 法兰等效面积(Aers)计算58-59
5.1.3 塔筒外载荷与螺栓应力关系曲线59-61 5.2 螺栓载荷时间历程谱和 S-N 曲线的设置61-63 5.3 疲劳损伤计算结果63 5.4 本章小结63-646 结论与展望64-66 6.1 结论64-65 6.2 展望65-66致谢66-67参考文献67-70附录70 A. 攻读硕士学位期间所发表的论文70 B. 攻读硕士学位期间参与的课题研究70
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