MW级风力发电机组塔架的有限元分析

论文摘要

随着风力发电机组的大型化,对其机械零部件的设计要求越来越高。为了降低成本和保证零部件的可靠性,要求在设计的过程中采用新的方法,应用新的设计技术。论文综合应用强度理论,结构动力学、非线性接触理论以及焊接数值模拟分析方法,以GL、EuroCode等设计规范为依据,对风力机的关键部件塔架做了详细的动静态有限元分析并对其结果进行了研究。论文的研究成果为风力发电机组塔架的自主开发提供技术支撑,具有理论意义和工程实用价值。论文主要研究内容如下:①利用有限元分析方法,建立了塔架的有限元分析模型,对塔架在各种工况下的静强度进行了分析。从应力分布上说明塔架门洞的正确开口方向以及设计中应该注意的问题。同时对塔架进行模态分析,得到了塔架的固有频率和振型。②对塔架进行稳定性分析,建立了塔架非线性稳定性分析模型,计算得到塔架的临界屈曲载荷。通过分析得到不同方向的载荷对塔架稳定性的不同影响。③应用接触有限元方法,建立了包括塔顶法兰、偏航轴承、法兰、刹车盘以及螺栓联接的非线性接触强度分析模型,计算了塔顶偏航轴承、法兰、刹车盘以及螺栓的强度和接触分布情况。④根据焊接温度场和应力场的有限元分析理论,对塔架与法兰的焊缝进行分析。应用有限元分析方法,分析焊接温度场分布情况,以及在此温度场下焊接件的应力场情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 风力发电的国内外现状及前景
• 1.2.1 国际风电发展现状
• 1.2.2 国内风电发展现状
• 1.3 有限元分析方法的应用
• 1.4 论文研究的意义和主要研究内容
• 1.4.1 论文研究的意义
• 1.4.2 论文的主要研究内容
• 2 塔架的静强度分析
• 2.1 塔架静强度分析的意义
• 2.2 塔架静强度分析实例
• 2.2.1 塔架有限元模型的建立
• 2.2.2 施加边界条件和载荷
• 2.2.3 静态分析结果
• 2.2.4 静强度校核分析
• 2.3 结论
• 3 塔架动力学分析
• 3.1 概述
• 3.2 塔架模态分析
• 3.2.1 模态分析中的有限元方法
• 3.2.2 塔架模态分析建模
• 3.2.3 塔架模态分析结果
• 4 塔架稳定性分析
• 4.1 前言
• 4.2 塔筒压杆稳定性理论分析
• 4.2.1 模型描述
• 4.2.2 计算过程
• 4.3 稳定性分析实例
• 4.3.1 屈曲有限元分析基本原理
• 4.3.2 塔架屈曲分析有限元模型
• 4.3.3 边界条件和载荷施加
• 4.3.4 屈曲分析结果
• 5 偏航轴承的非线性接触分析
• 5.1 问题概述
• 5.2 求解接触问题的有限元数值分析方法
• 5.2.1 直接迭代法
• 5.2.2 接触约束法
• 5.3 偏航轴承强度分析
• 5.3.1 偏航轴承强度分析的模型
• 5.3.2 偏航轴承静强度分析的接触设置
• 5.3.3 偏航轴承静强度分析的边界条件
• 5.3.4 结果分析
• 6 风电塔筒法兰焊接有限元分析
• 6.1 前言
• 6.2 焊接温度场有限单元法基本方程及理论基础
• 6.3 焊接应力场有限元分析的数学模型
• 6.4 焊接有限元分析步骤
• 6.5 塔筒与法兰焊接温度场的计算
• 6.5.1 焊接材料热物理性能及力学性能
• 6.5.2 焊接路径及填充物的定义
• 6.5.3 有限元模型的建立
• 6.5.4 热边界条件施加
• 6.5.5 焊接温度场的计算
• 6.6 焊接应力场的计算
• 6.6.1 焊接应力场的计算方法
• 6.6.2 结果分析
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录