CN109726410B - 风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风电机组高强度连接螺栓强度校核分析计算方法技术领域，具体涉及一种风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法，目的是为了解决以往偏航连接螺栓模型与实际载荷传递路径不符，螺纹作用模拟偏刚性，计算结果不准确等问题，该方法中建立完整符合载荷传递路径的偏航连接螺栓结构模型，采用多层梁单元模拟多圈螺纹作用，通过abaqus求解器和bladed软件完成偏航连接螺栓的极限强度和疲劳强度计算，使螺栓所受应力计算准确，保证机组运行安全可靠。其特征在于：它包括建立与载荷传递路径相符的螺栓计算模型；校核偏航连接螺栓的极限强度；校核偏航连接螺栓的疲劳强度。本发明能保证完整载荷传递路径，使螺栓所受应力计算准确，提升机组运行安全可靠性。

Description

风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法
技术领域
本发明属于风电机组高强度连接螺栓强度校核分析计算方法技术领域，具体涉及一种风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法。
背景技术
风力发电机组在运行过程中，为了使风轮正对风向，采用偏航系统来实现对风，系统中的偏航连接螺栓作为整个系统的连接部分，要承担复杂外部载荷工况中的倾覆力矩作用，因此必须对偏航连接螺栓进行强度校核计算。保证正常工作，确保风电机组运行可靠。
偏航连接螺栓周围结构形状复杂不规则，传统的工程算法不适用，按照GL规范要求，采用有限元方法进行分析。目前的有限元计算中模拟偏航连接螺栓不完善，尤其螺纹作用的模拟完全采用刚性连接，造成结果偏离实际工况等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决以往偏航连接螺栓模型与实际载荷传递路径不符，螺纹作用模拟偏刚性，计算结果不准确等问题，该方法中建立完整符合载荷传递路径的偏航连接螺栓结构模型，如图1和图2所示，采用多层梁单元还模拟多圈螺纹作用，通过abaqus求解器和bladed软件完成偏航连接螺栓的极限强度和疲劳强度计算，使螺栓所受应力计算准确，保证机组运行安全可靠。
本发明是这样实现的：
一种风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法，具体包括如下步骤：
步骤一：基于有限元前处理软件Hypermesh将偏航连接螺栓几何模型进行网格划分，建立连接关系，赋予材料属性，施加边界条件。结构件包括机舱假体，偏航轴承，偏航连接螺栓，刹车盘，塔顶法兰，塔筒假体，确保实际工况中载荷的正确传递路径。
步骤二：对偏航连接螺栓有限元模型施加预紧力和极限工况载荷，通过abaqus求解器计算出螺栓所受最大拉应力，再结合扭矩扳手产生的剪应力，得到最后等效应力，最后根据螺栓的屈服应力校核偏航连接螺栓的极限强度。
步骤三：对偏航连接螺栓有限元模型施加影响其疲劳强度的倾覆力矩，得到螺栓拉应力与外载荷的关系曲线，在bladed后处理中通过通道合并和雨流计数，得到螺栓的等效疲劳应力，最后根据螺栓的许用疲劳应力校核偏航连接螺栓的疲劳强度。
进一步的，步骤一中偏航连接螺栓中的连接关系，部件之间完成采用接触连接模拟，螺栓采用梁单元模拟，采用伞状梁单元来模拟螺栓头的压紧作用，采用多层梁单元来模拟螺栓螺纹作用。
进一步的，步骤一中的边界条件，对塔筒底部采用完全固定约束，载荷采用塔筒坐标系下塔顶载荷，以载荷伞的形式施加到机舱假体上。
进一步的，步骤二中的偏航连接螺栓极限强度校核中，根据极限载荷表筛选出对螺栓影响较大的倾覆力矩工况，通过abaqus计算结果，提取螺栓上梁单元截面内四个方向上最大的拉应力，再根据VDI2230计算出剪应力，合成等效应力，与螺栓屈服应力对比校核偏航连接螺栓的极限强度。
进一步的，步骤三中的偏航连接螺栓疲劳强度校核中，提取外载荷与螺栓拉应力的关系曲线，其中螺栓截面四个方向上的拉应力全部提取，根据应力幅值筛选比较危险的螺栓，通道合并和雨流计数在bladed后处理中实现，螺栓许用疲劳应力要经过修正系数、疲劳安全系数来修正处理。
本发明的有益效果是：
目前的有限元计算中模拟偏航连接螺栓不完善，与实际载荷传递路径不符，尤其螺纹作用的模拟完全采用刚性连接，造成结果偏离实际工况、计算结果不准确等问题。本发明建立完整符合载荷传递路径的偏航连接螺栓结构模型，采用多层梁单元来模拟螺纹作用，通过abaqus求解器和bladed软件完成偏航连接螺栓的极限强度和疲劳强度计算，该方法能保证完整载荷传递路径，使螺栓所受应力计算准确，提升机组运行安全可靠性。
附图说明
图1是偏航螺栓连接图；
图2是偏航轴承gap单元连接图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
一种风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法，具体包括如下步骤：
步骤一：基于有限元前处理软件Hypermesh将偏航连接螺栓几何模型进行网格划分，建立连接关系，赋予材料属性，施加边界条件。结构件包括机舱假体，偏航轴承，偏航连接螺栓，刹车盘，塔顶法兰，塔筒假体，确保实际工况中载荷的正确传递路径。
步骤二：对偏航连接螺栓有限元模型施加预紧力和极限工况载荷，通过abaqus求解器计算出螺栓所受最大拉应力，再结合扭矩扳手产生的剪应力，得到最后等效应力，最后根据螺栓的屈服应力校核偏航连接螺栓的极限强度。
步骤三：对偏航连接螺栓有限元模型施加影响其疲劳强度的倾覆力矩，得到螺栓拉应力与外载荷的关系曲线，在bladed后处理中通过通道合并和雨流计数，得到螺栓的等效疲劳应力，最后根据螺栓的许用疲劳应力校核偏航连接螺栓的疲劳强度。
步骤一中偏航连接螺栓中的连接关系，部件之间完成采用接触连接模拟，螺栓采用梁单元模拟，采用伞状梁单元来模拟螺栓头的压紧作用，采用多层梁单元来模拟螺栓螺纹作用。
步骤一中的边界条件，对塔筒底部采用完全固定约束，载荷采用塔筒坐标系下塔顶载荷，以载荷伞的形式施加到机舱假体上。
步骤二中的偏航连接螺栓极限强度校核中，根据极限载荷表筛选出对螺栓影响较大的倾覆力矩工况，通过abaqus计算结果，提取螺栓上梁单元截面内四个方向上最大的拉应力，再根据VDI2230计算出剪应力，合成等效应力，与螺栓屈服应力对比校核偏航连接螺栓的极限强度。
步骤三中的偏航连接螺栓疲劳强度校核中，提取外载荷与螺栓拉应力的关系曲线，其中螺栓截面四个方向上的拉应力全部提取，根据应力幅值筛选比较危险的螺栓，通道合并和雨流计数在bladed后处理中实现，螺栓许用疲劳应力要经过修正系数、疲劳安全系数来修正处理。
上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (5)

1.一种风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法，具体包括如下步骤：
步骤一：基于有限元前处理软件Hypermesh将偏航连接螺栓几何模型进行网格划分，建立连接关系，赋予材料属性，施加边界条件；结构件包括机舱假体，偏航轴承，偏航连接螺栓，刹车盘，塔顶法兰，塔筒假体，确保实际工况中载荷的正确传递路径；
步骤二：对偏航连接螺栓有限元模型施加预紧力和极限工况载荷，通过abaqus求解器计算出螺栓所受最大拉应力，再结合扭矩扳手产生的剪应力，得到最后等效应力，最后根据螺栓的屈服应力校核偏航连接螺栓的极限强度；
步骤三：对偏航连接螺栓有限元模型施加影响其疲劳强度的倾覆力矩，得到螺栓拉应力与外载荷的关系曲线，在bladed后处理中通过通道合并和雨流计数，得到螺栓的等效疲劳应力，最后根据螺栓的许用疲劳应力校核偏航连接螺栓的疲劳强度。
2.根据权利要求1所述的风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法，其特征在于：所述的步骤一中偏航连接螺栓中的连接关系，部件之间采用接触连接模拟，螺栓采用梁单元模拟，采用伞状梁单元来模拟螺栓头的压紧作用，采用多层梁单元来模拟螺栓螺纹作用。
3.根据权利要求1所述的风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法，其特征在于：所述的步骤一中的边界条件，对塔筒底部采用完全固定约束，载荷采用塔筒坐标系下塔顶载荷，以载荷伞的形式施加到机舱假体上。
4.根据权利要求1所述的风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法，其特征在于：所述的步骤二中的偏航连接螺栓极限强度校核中，根据极限载荷表筛选出对螺栓影响较大的倾覆力矩工况，通过abaqus计算结果，提取螺栓上梁单元截面内四个方向上最大的拉应力，再根据VDI2230计算出剪应力，合成等效应力，与螺栓屈服应力对比校核偏航连接螺栓的极限强度。
5.根据权利要求1所述的风力机偏航连接螺栓强度校核的计算方法，其特征在于：所述的步骤三中的偏航连接螺栓疲劳强度校核中，提取外载荷与螺栓拉应力的关系曲线，其中螺栓截面四个方向上的拉应力全部提取，根据应力幅值筛选比较危险的螺栓，通道合并和雨流计数在bladed后处理中实现，螺栓许用疲劳应力要经过修正系数、疲劳安全系数来修正处理。
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