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风力机组偏航齿圈螺栓www.mg4355cc.com手机版

发布于:2019-03-07 20:05
有限元

      高强度螺栓是联接兆瓦级风力发电机组偏航系统中重要相关部件的重要元件,其联接的可靠性决定着塔筒与偏航齿圈之间的联接可靠性。而兆瓦级风力发电机组偏航振动过程中的轴向载荷、转矩以及倾覆力矩将直接影响高强度螺栓联接的可靠性及其大型风力发电机组运行的安全性。因此,对兆瓦级风力发电机组偏航齿圈螺栓联接强度进行有限元分析和处理显得十分紧迫和重要。
      传统螺栓联接强度理论往往被用于对螺栓组联接受轴向载荷或倾覆力矩的情况进行分析,其结果却不太令人满意。近年来,德国标准VDI2230工程算法、www.mg4355cc.com手机版方法或两者相结合的方法阶等被广泛用于螺栓联接的研究中,如Croccolo等运用VDI2230与www.mg4355cc.com手机版相结合的方法对螺栓联接的力学性能和疲劳强度进行模拟仿真,并通过实验加以验证。而对于起联接作用的高强度螺栓来说,由于Schmidt-Neuper法主要适用于塔筒连接处螺栓联接形式,并不适用于塔顶法兰与偏航齿圈处高强度螺栓联接形式,而有限元仿真分析法在解决此类问题时具有明显的优势,可在兆瓦级风力发电机组设计初级阶段预先实现对关键零部件进行静强度疲劳分析,并可得到关键零部件如螺栓连接的应力及疲劳寿命,为此,本文将有限元仿真分析方法对兆瓦级风力发电机组偏航齿圈螺栓联接强度进行仿真分析,其研究结果将对解决风力发电机中类似的螺栓联接mg4355娱乐城静力学性能分析具有指导意义,并可为兆瓦级风力发电机组的稳定运行与可靠性设计提供理论依据。
      兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学系统可以由非自由质点系表示。在动力学www.mg4355cc.com手机版中,兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学系统的求解方程可以用下式描述,兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学系统的节点位移;dZS(t)/dt2为兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学系统的节点加速度向量;dS(t)/dt为兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学系统的节点速度向量;M,c,x和Q(t)分别为兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和节点载荷向量,分别由各自的单元矩阵和向量集成。与静力分析相比较,在动力分析中,由于惯性力和阻尼力出现在平衡方程中,因此,引入质量矩阵和阻尼矩阵,最后得到以常微分方程组形式表示的求解方程。采用直接积分法中的中心差分格式对运动方程进行积分,在给定初始条件和一定的起步计算方法后就可以利用式求解兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学系统各个离散时间点的位移,但应注意中心差分法是条件稳定算法。在Pro/E中建立几何模型,由于整个MW级风力发电机模型结构复杂,细小零件繁多,为重点分析偏航齿圈与塔架法兰连接处的高强度螺栓,对整个模型进行了一些合理简化,如将偏航齿圈上的齿去掉,以圆环的形式替代,其他特征保持不变;将偏航齿圈、塔架法兰、螺栓模型中一些不会对整体分析产生影响的倒角修剪特征及螺栓的螺纹予以删除。在滚动式偏航轴承螺栓连接内外圈受载后的变形是相互独立的,只研究偏航齿圈与塔架法兰处的螺栓联接,故可将横向吊杆组件予以删除等,具体模型如图所示。
      若从整个系统来分析偏航齿圈与塔架法兰处的螺栓应力强度,则前处理重复步骤繁杂,计算时间较长。考虑到整个系统结构的几何对称性和最大受载螺栓及其极限工况,建立单个螺栓联接结构系统的1/88局部模型,模型包括偏航齿圈、塔架法兰的局部模型及与其连接的单个高强度螺栓。对于预紧力状态下的高强度螺栓连接模拟方法主要有:1)一维梁单元模拟螺栓,螺纹连接处用MPC连接进行模拟;2)实体单元模拟螺栓,螺纹连接处用绑定连接进行模拟。在运用实体单元模拟螺栓时,即使不建立详细完整的螺纹细节,其数值仿真结果与实验结果在螺杆部位差别也不大,故可以只建立螺栓头、螺栓杆圆柱体、螺纹啮合部位光杆部分圆柱体来模拟螺栓实体单元。由于ABAQUS在处理有限元非线性问题和Hypermesh在划分网格精度上的优势,采用Hypermesh对零件六面体单元网格进行划分,并在相应部位进行网格加密,单元总数为13234个,如图所示。将网格文件导入ABAQUS中选用缩减积分单元C3D8R,该单元具有较强的接触模拟能力,且相对于协调单元计算成本较低,同样能得到较理想的计算结果。


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