膜片联轴器振动分析及膜片疲劳分析

论文摘要

随着科学技术的不断发展,风力发电技术在世界上得到了飞快的发展,越来越多的兆瓦级大型风力发电机组相继建成并投入运行,风电市场前景异常广阔。膜片联轴器是风力发电机组中的重要部件,而金属膜片是膜片联轴器的关键部件,通过它来传递转矩和运动,其设计的好坏将直接影响到整个机组的正常运行和使用寿命,因此有必要在设计阶段对膜片联轴器进行振动分析和疲劳计算,为联轴器的可靠性设计提供依据。本文课题研究就是在这样的背景下,应某企业的需求,对风力发电机组的膜片联轴器进行振动分析和疲劳计算。本文主要进行了以下研究:①基于多体动力学理论,利用虚拟仿真软件ADAMS建立了膜片联轴器多刚体虚拟样机。同时在多刚体模型的基础上对膜片进行柔性化处理,建立联轴器的刚柔耦合模型,得到了膜片的动力学响应。②根据刚柔耦合分析得到的膜片应力—时间历程,结合疲劳分析软件FATIGUE进行膜片的疲劳分析,得到了膜片的疲劳损伤图以及疲劳寿命。③基于振动理论,结合有限元分析软件PATRAN/NASTRAN,建立了膜片联轴器整机的有限元模型,通过模态分析,求出联轴器前10阶振型与固有频率,进而计算出联轴器的前五阶临界转速,将其工作转速与之进行了比较,验证是否会发生共振。因此,本论文对膜片联轴器的分析和自主设计提供科学可靠的依据,对企业解决联轴器振动和寿命的问题具有重要的理论意义和工程实用价值,对企业在设计过程中减少设计缺陷,缩短开发周期,降低生产成本,快速响应用户的需求和市场的变化,提高企业的竞争力,具有重要的理论意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文的选题背景
• 1.2 膜片联轴器国内外技术现状综述
• 1.3 论文研究的意义和目的
• 1.4 论文的主要研究内容
• 2 虚拟样机技术及多体动力学建模理论基础
• 2.1 虚拟样机技术概述
• 2.2 多体系统动力学研究概述
• 2.3 ADAMS 多刚体系统动力学理论基础
• 2.3.1 多体系统的组成
• 2.3.2 多刚体坐标系统
• 2.3.3 多刚体动力学理论
• 2.4 多柔体系统动力学
• 2.4.1 柔性体上点的位置向量、速度和加速度
• 2.4.2 外加载荷
• 2.4.3 多柔体系统的能量
• 2.4.4 多柔体系统动力学方程
• 2.5 本章小结
• 3 联轴器系统动力学虚拟样机建模与仿真
• 3.1 多体仿真软件ADAMS 简介
• 3.2 膜片联轴器概述
• 3.2.1 联轴器性能与功用
• 3.2.2 联轴器分类
• 3.2.3 膜片联轴器的组成结构
• 3.3 联轴器多刚体动力学模型的建立
• 3.3.1 UG 与ADAMS 环境中的模型建立
• 3.3.2 系统约束的确定
• 3.3.3 施加驱动
• 3.3.4 施加载荷力
• 3.4 联轴器多柔体虚拟样机系统建模及仿真
• 3.4.1 膜片柔性体文件的建立
• 3.4.2 刚柔耦合模型的建立
• 3.4.3 刚柔耦合模型动力学仿真
• 3.5 本章小结
• 4 联轴器膜片疲劳分析
• 4.1 模态应力法
• 4.2 疲劳分析方法简介
• 4.3 疲劳累积损伤理论
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 Miner 法则、修正Miner 法则和相对Miner 法则
• 4.4 膜片的疲劳分析
• 4.4.1 疲劳分析的建模
• 4.4.2 疲劳分析结果
• 4.5 本章小结
• 5 膜片联轴器有限元模型及模态分析
• 5.1 回转体临界转速
• 5.2 联轴器有限元模型
• 5.2.1 联轴器有限元模型的建立
• 5.2.2 材料属性
• 5.2.3 边界条件
• 5.3 膜片联轴器的有限元模态分析
• 5.3.1 模态分析的基本原理
• 5.3.2 膜片联轴器的有限元模态计算
• 5.3.3 模态结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A：攻读硕士学位期间所发表的论文
• B：攻读硕士学位期间参与的课题研究