风力发电机组高强度螺栓连接技术研究

论文摘要

高强度螺栓作为最常用的一种零部件,相比普通螺栓在同规格的情况下,具有承受载荷大,受力性能好,耐疲劳以及在动力载荷作用下不易松动等优点,在钢结构中得到广泛的应用。同样,在大型风力发电机组中高强度螺栓被大量采用,为适应更大功率的风力发电机组的自主设计开发,保证整个风力发电机组的运行可靠性,满足风电制造企业的需求。论文以材料力学、弹性力学、VDI2230高强度螺栓连接理论、Schmidt/Neuper高强度螺栓计算模型等为基础,并参照德国劳埃德船级社(GL)风力发电机组认证规范。采用有限元数值仿真和工程计算相结合的方法,对大型风力发电机组中关键部位高强度螺栓连接进行分析,系统地研究了高强度螺栓连接分析方法,以填补国内空白。论文主要研究内容及结构如下:第一章:以国内外风力发电技术的研究及发展趋势为背景,研究分析了高强度螺栓连接的国内外研究和应用情况,并提出论文研究的意义和主要内容。第二章:系统地研究了高强度螺栓连接理论—VDI2230和Schmidt /Neuper高强度螺栓计算模型,为分析风力发电机组中关键部位高强度螺栓连接奠定理论基础。第三章:以某兆瓦级风力发电机组中的各塔筒段法兰连接处及地基预埋件连接处高强度螺栓为分析对象,并结合详细结构尺寸和第二章研究的高强度螺栓连接理论,进行了工程计算校核分析。第四章:综合考虑几何结构的复杂性、构件之间的非线性接触关系等,采用有限元数值仿真的方法,研究了塔筒顶端偏航轴承内、外圈连接处高强度螺栓的极限强度及疲劳寿命。第五章:综合考虑主机架、辅助机架等假体的影响及非线性接触关系,建立了包括主机架、辅助机架、连接用高强度螺栓的有限元模型,对主、辅助机架连接用高强度螺栓进行了极限强度分析。第六章:论文的研究结论和展望。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外技术现状综述
• 1.2.1 国外技术现状
• 1.2.2 国内技术现状
• 1.3 论文研究的意义和主要内容及结构
• 1.3.1 论文研究的意义
• 1.3.2 论文的主要内容及结构
• 2 高强度螺栓连接设计计算
• 2.1 高强度螺栓连接的分类
• 2.2 VDI2230 高强度螺栓连接理论
• 2.3 基于Schmidt/Neuper 螺栓计算模型的疲劳方法
• 2.3.1 螺栓—法兰刚度
• 2.3.2 法兰刚度计算有效面积
• 2.3.3 外载荷—螺栓应力关系曲线
• 2.3.4 疲劳损伤计算
• 2.4 本章小结
• 3 塔筒法兰及地基预埋件连接处高强度螺栓强度分析
• 3.1 塔架法兰及地基预埋件结构特点
• 3.2 塔架法兰及预埋件载荷特点
• 3.3 塔架法兰及预埋件高强度螺栓强度计算结果
• 3.4 本章小结
• 4 偏航轴承处高强度螺栓强度分析
• 4.1 偏航轴承高强度螺栓连接有限元分析
• 4.1.1 有限元理论
• 4.1.2 有限元建模
• 4.1.3 边界条件确定
• 4.1.4 分析结果
• 4.2 偏航轴承高强度螺栓连接疲劳有限元分析
• 4.2.1 疲劳分析理论
• 4.2.2 螺栓疲劳有限元分析
• 4.3 本章小结
• 5 主机架辅助机架连接用高强度螺栓强度分析
• 5.1 主机架及辅助机架结构特点
• 5.2 主机架辅助机架高强度螺栓连接有限元模型
• 5.3 有限元分析结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 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