CN104408253A - 一种风机焊接件疲劳寿命校核的计算方法 - Google Patents

Abstract

一种风机焊接件疲劳寿命校核的计算方法，属于风力发电技术领域。通过建立风机焊接件假体模型，施加重力载荷，确定边界条件；采用有限元软件进行计算，得出整体结构应力、位移边界条件信息；以此确定各连接部件应力最大点为模型危险节点，经计算得到整体结构危险点应力σ；计算得出所述风机焊接件的寿命。本发明可以对风机上所有焊接件进行疲劳寿命校核，适用性非常广。计算过程简单易行，计算量小，结果更准确，便于实施。

Description

一种风机焊接件疲劳寿命校核的计算方法

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种风机焊接件疲劳寿命校核的计算方法，是校核风机焊接件疲劳寿命一种更通用方法，可以广泛用于多种结构风机焊接件疲劳寿命校核。 

背景技术

由于结构形式多样，工序比较简单同时加工成本较低等优点，焊接结构件在兆瓦级风机中应用越来越多。例如风机中各种支架结构，包括导流罩支架、机舱罩支架，电器柜支架等多个部件均采用焊接结构形式；同时，焊接形式的风机底架也应用越来越多。不过由于焊接件存在热影响区和容易形成应力集中的特点，造成焊接件疲劳性能较差。加上风机结构受力都是交变载荷的特点，风机上的焊接件极易发生疲劳破坏，各部件的安全与否直接关系到整个机组的安全。由于焊接件结构复杂很难用工程算法对焊接件的疲劳寿命进行校核计算，这里提出一种通用的基于有限元计算方法校核风机焊接件的疲劳寿命，解决风机焊接件疲劳安全问题。 

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种风机焊接件疲劳寿命校核的计算方法，其计算简单易行，便于实施。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 

本发明一种风机焊接件疲劳寿命校核的计算方法，包括如下步骤： 

第一步：建立风机焊接件假体模型，以设定边界条件； 

第二步：对所述风机焊接件的假体结构几何模型进行有限元网格划分，列出各连接部件单元类型； 

第三步：设置风机焊接件整体结构重力载荷和边界条件，分析中，约束焊接件固定位置处节点三个方向的平动自由度；同时，对整个模型施加重力载荷； 

第四步：对整体结构有限元模型进行计算求解，分析采用ANSYS有限元软件进行计算，得出整体结构应力、位移边界条件信息； 

第五步：建立子结构模型：根据第四步整体结构应力确定各连接部件应力最大点为模型危险节点，在该危险节点处建立子结构模型，并对其加载第四步 得到的位移边界条件； 

第六步：对子模型结构进行求解计算并提取危险点应力，经计算得到整体结构危险点应力σ； 

第七步：计算焊缝疲劳寿命：设定焊缝等级，同时根据该焊缝危险点应力σ，计算得出所述风机焊接件的寿命。 

本发明的有益效果为： 

1.本发明可以对风机上所有焊接件进行疲劳寿命校核，适用性非常广。 

2.本发明计算过程简单易行，计算量小，结果更准确，便于实施。 

附图说明

图1为本发明的热点应力法示意图。 

图2为本发明实施例中导流罩结构整体模型示意图。 

图3为图2导流罩连接结构有限元模型示意图。 

图4为子模型结构网格划分示意图。 

图中：hot point-热点；reference points-参考点；structural stress-结构应力；computed total stress-计算总应力；t-壁厚；F-外力 

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步详述。 

实施例：本例是针对某MW级风力发电机导流罩支架结构疲劳寿命校核计算。其具体步骤如下： 

第一步：建立风机焊接件假体模型，以设定边界条件；本例是建立前后导流罩支架结构和导流罩假体模型，为了施加边界条件需要建立了导流罩假体结构，整个结构如图2所示； 

第二步：对所述风机焊接件的假体结构几何模型进行有限元网格划分，列出各连接部件单元类型；本例即对导流罩连接结构几何模型进行有限元网格划分，各连接部件单元设置情况详见表1，整个机构有限元模型如图3所示： 

表1 

模型部分	单元类型	单元类型	关键选项
				导流罩前支架	Solid185	三维实体单元	无
导流罩后支架	Solid185	三维实体单元	无
				导流罩假体	Solid185	三维实体单元	无

第三步：设置风机焊接件整体结构重力载荷和边界条件，分析中，约束焊接件固定位置处节点三个方向的平动自由度，即约束导流罩前后支架与轮毂连接节点三个方向的平动自由度；同时，对整个模型施加重力载荷； 

第四步：对整体结构有限元模型进行计算求解，分析采用ANSYS有限元软件进行计算，得出整体结构应力、位移边界条件信息； 

第五步：建立子结构模型：根据第四步整体结构应力确定各连接部件应力最大点为模型危险节点，在该危险节点处建立子结构模型，并对其加载第四步得到的位移边界条件，如下图4所示； 

第六步：对子模型结构进行求解计算并提取危险点应力，经计算得到整体结构危险点应力σ，本例应力σ为65.97MPa； 

第七步：计算焊缝疲劳寿命：设定焊缝等级，本例导流罩前、后支架焊缝等级为100，同时根据疲劳寿命公式 

$\frac{\mathrm{\Δ\σ}}{2}={\mathrm{\σ}}_f^{\′}{\left({2N}_f\right)}^b$

其中N_f——疲劳寿命，b为疲劳强度指数，σ′_f疲劳强度系数， 

及该焊缝危险点应力σ＝65.97MPa，计算得出所述风机焊接件的寿命N_f为5e5转。 

Claims (1)

1.一种风机焊接件疲劳寿命校核的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：建立风机焊接件假体模型，以设定边界条件；

第二步：对所述风机焊接件的假体结构几何模型进行有限元网格划分，列出各连接部件单元类型；

第三步：设置风机焊接件整体结构重力载荷和边界条件，分析中，约束焊接件固定位置处节点三个方向的平动自由度；同时，对整个模型施加重力载荷；

第四步：对整体结构有限元模型进行计算求解，分析采用ANSYS有限元软件进行计算，得出整体结构应力、位移边界条件信息；

第五步：建立子结构模型：根据第四步整体结构应力确定各连接部件应力最大点为模型危险节点，在该危险节点处建立子结构模型，并对其加载第四步得到的位移边界条件；

第六步：对子模型结构进行求解计算并提取危险点应力，经计算得到整体结构危险点应力σ；

第七步：计算焊缝疲劳寿命：设定焊缝等级，同时根据该焊缝危险点应力σ，计算得出所述风机焊接件的寿命。