CN109958584A - 风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置 - Google Patents

风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置，所述方法包括以下步骤：测量并获取与每个设计参数对应的法兰连接的多条轴力曲线和多条弯矩曲线；根据所述多条轴力曲线和所述多条弯矩曲线的变化趋势确定影响法兰连接受力的关键设计参数；基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线确定与关键设计参数的特定值对应的应力曲线；基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证。本发明避免了在风力发电机组塔筒设计中需要考虑尺寸限制的条件，并解决了有限元算法收敛的问题，以及有效的缩短了风力发电机组塔筒法兰的设计周期。

Description

风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置
技术领域
本发明涉及风电技术领域，具体地讲，涉及一种风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置。
背景技术
随着环境问题对人民日常生活的影响日益突出，与可燃性能源相比，风电能源由于其清洁环保及可再生性已成为全球日益增长的清洁电力市场的主要贡献。塔架作为风力发电机与地面连接的部分，为风轮的转动提供了必要的工作高度。大型风力发电机塔架自身的质量和尺寸都较大，实际组装过程中，是将分成的每一段采用法兰连接的方式连接起来。风机法兰连接系统往往是整个塔筒中最容易发生失效的地方，因此对法兰的设计的研究的必要性也可见一斑。
现有技术中，关于大型风力发电机组法兰的研究主要是针对材料、加工工艺、焊接技术等方面的工作，对其力学性能分析很少，且对其力学性能分析也主要集中在法兰承载力及法兰盘的厚度、同时也由螺栓应力方面的分析。当前法兰连接设计中关于结构尺寸限制，基本都要求a约等于1.25b(a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离)，具有限制性。另外，现有技术中法兰连接设计一般没有考虑弯矩的受力情况，且采用有限元算法对法兰连接设计方法进行分析。
发明内容
本发明提供了一种风力发电机组塔筒法兰的设计方法及装置，通过对建立的不同参数值下的法兰连接受力曲线进行分析，得出法兰连接设计的最佳参数值。
本发明的一方面提供了一种风力发电机组塔筒法兰的设计方法，所述方法包括以下步骤：测量并获取与每个设计参数对应的法兰连接的多条轴力曲线和多条弯矩曲线；根据所述多条轴力曲线和所述多条弯矩曲线的变化趋势确定影响法兰连接受力的关键设计参数；基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线确定与关键设计参数的特定值对应的应力曲线；基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证。
优选地，所述关键设计参数包括螺栓分度圆直径a/b，其中，a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，a+b为固定值。
优选地，所述基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线的步骤包括：通过对与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线进行线性插值和曲线拟合得出与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线；根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。
优选地，所述根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线的步骤包括：通过将轴力曲线和法兰螺栓应力截面之比与弯矩曲线和截面抗弯模量之比相加来得到所述应力曲线。
优选地，所述基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证的步骤包括：基于所述应力曲线计算出关键设计参数值在所述特定值下的极限应力值和疲劳损伤值，将所述极限应力值与材料极限强度值进行对比，将所述疲劳损伤值与设计要求值进行对比，以确定具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接是否满足极限和疲劳验证。
本发明的另一方面提供了一种风力发电机组塔筒法兰的设计装置，所述装置包括：关键设计参数获取模块，被配置为测量并获取与每个设计参数对应的法兰连接的多条轴力曲线和多条弯矩曲线，并根据所述多条轴力曲线和所述多条弯矩曲线的变化趋势确定影响法兰连接受力的关键设计参数；应力曲线求取模块，被配置为基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线确定与关键设计参数的特定值对应的应力曲线；极限和疲劳验证模块，被配置为基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证。
优选地，所述关键设计参数获取模块中的关键设计参数包括螺栓分度圆直径a/b，其中，a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，a+b为固定值。
优选地，所述应力曲线求取模块包括：曲线拟合单元，被配置为通过对与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线进行线性插值和曲线拟合得出与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线；应力曲线单元，被配置为根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。
优选地，所述应力曲线单元还被配置为：通过将轴力曲线和法兰螺栓应力截面之比与弯矩曲线和截面抗弯模量之比相加来得到所述应力曲线。
优选地，所述极限和疲劳验证模块被配置为：基于所述应力曲线计算出关键设计参数值在所述特定值下的极限应力值和疲劳损伤值，将所述极限应力值与材料极限强度值进行对比，将所述疲劳损伤值与设计要求值进行对比，以确定具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接是否满足极限和疲劳验证。
本发明的另一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时，处理器执行如上所述用于风力发电机组塔筒的法兰设计的方法。
本发明的另一方面提供了一种计算机设备，包括处理器和存储计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，处理器执行如上所述用于风力发电机组塔筒的法兰设计的方法。
在本发明中，通过对法兰连接受力的关键设计参数的提取，以及根据关键设计参数计算法兰连接受力曲线并找出关键设计参数的最佳尺寸取值对风力发电机组塔筒法兰进行设计，使风力发电机组塔筒法兰的设计无需在考虑尺寸限制条件的前提下进行，有效的缩短了风力发电机组塔筒的法兰的设计周期。
附图说明
通过以下结合附图进行的描述，本发明的示例性实施例的以上和其他方面、特点和优点将会更加清楚，在附图中：
图1示出根据本发明的实施例的法兰连接的示意图；
图2示出根据本发明的实施例的风力发电机组塔筒法兰的设计方法流程图；
图3(a)示出根据本发明的实施例的不同a/b的值对法兰连接的轴力的影响曲线图；
图3(b)示出根据本发明的实施例的不同a/b的值对法兰连接的弯矩的影响曲线图；
图4(a)示出根据本发明的实施例的不同法兰厚度t的值对法兰连接的轴力的影响曲线图；
图4(b)示出根据本发明的实施例的不同法兰厚度t的值对法兰连接的弯矩的影响曲线图；
图5(a)示出根据本发明的实施例的在a/b＝1时法兰连接的接触面积对法兰连接的轴力的影响曲线图；
图5(b)示出根据本发明的实施例的在a/b＝1时法兰连接的接触面积对法兰连接的弯矩的影响曲线图；
图6示出根据本发明的实施例的求取应力曲线的流程图；
图7示出根据本发明的示例性的实施例的对10个不同的a/b值进行弯矩曲线拟合的结果图；
图8示出根据本发明的示例性的实施例的将特定值a/b进行线性插值得出的弯矩曲线图；
图9示出根据本发明的实施例的风力发电机组塔筒法兰的设计装置框图；
图10示出根据本发明的实施例的设计参数值求取模块的框图。
在附图中，相同的标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。
具体实施方式
提供以下参照附图的描述以帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。以下参照附图的描述包括各种特定细节以帮助理解，但是所述特定细节将仅被视为示例性的。因此，本领域普通技术人员将意识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对这里描述的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清晰和简要，可省略公知功能和结构的描述。
法兰(Flange)，又叫法兰凸缘盘或突缘。法兰是管子与管子之间相互连接的零件，用于管端之间的连接；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。法兰连接是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。如图1所示，其中，a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，t表示法兰厚度。
图2是示出根据本发明的实施例的风力发电机组塔筒法兰的设计方法流程图。
如图2所示，首先，在步骤S100，测量并获取与每个设计参数对应的法兰连接的多条轴力曲线和多条弯矩曲线。具体地，根据单一变量原则分析不同设计参数与法兰连接的轴力和弯矩之间的关系。其中，轴力是与杆件轴线相重合的内力，杆件受拉时的轴力为拉力(Tension)，其指向背离截面，杆件受压时的轴力为压力(Compression)，其指向截面。弯矩是受力构件截面上的内力矩的一种，其大小为该截面截取的构件部分上所有外力对该截面形心矩的代数和，其正负约定为使构件上凹为正，上凸为负(正负是上部受拉为负，下部受拉为正)。本发明中法兰连接的轴力是指螺栓轴向附加力，法兰连接的弯矩是指螺栓弯矩。
接下来，在步骤S200，根据所述多条轴力曲线和所述多条弯矩曲线的变化趋势确定影响法兰连接受力的关键设计参数。具体地，分别对每个设计参数下的法兰连接的轴力和弯矩的变化进行分析，提取出影响法兰连接受力的关键设计参数。其中，提取的关键设计参数为螺栓分度圆直径a/b，a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，且a+b为固定值。
根据本发明的实施例，具体地，例如，取设计参数为螺栓分度圆直径a/b，通过改变a/b的值来分析法兰连接受力的变化情况，这里确定a+b的值为固定值。分别取值a/b＝0.6593、a/b＝0.7558、a/b＝0.8642、a/b＝0.9868、a/b＝1.1268、a/b＝1.2879、a/b＝1.4754、a/b＝1.6964、a/b＝1.9608和a/b＝2.2826对法兰连接的轴力的变化进行分析，如图3(a)所示的法兰连接的轴力随变量a/b的变化曲线可知，法兰连接的轴力随着a/b值的增大而减小，即增大螺栓分度圆直径a/b的值有利于提高法兰连接的螺栓轴向承载能力。取上述举例的10个不同的a/b值对法兰连接的弯矩的变化进行分析，如图3(b)所示的法兰连接的弯矩随a/b的变化曲线可知，法兰连接的弯矩随着a/b值的增大而减小，即增大螺栓分度圆直径a/b的值有利于提高抗弯能力。由此例可知，改变螺栓分度圆直径a/b的大小，法兰连接受力也会相应改变，因此，确定螺栓分度圆直径a/b是影响法兰连接受力的关键设计参数。
根据本发明的实施例，具体地，例如，取设计参数为法兰厚度t，通过改变法兰厚度t的值来分析法兰连接受力的变化情况。分别取值t＝55mm、t＝65mm、t＝75mm、t＝85mm、t＝95mm、t＝105mm、t＝115mm、t＝125mm、t＝135mm和t＝1455mm对法兰连接的轴力的变化进行分析，如图4(a)所示的法兰连接的轴力随法兰厚度t的变化曲线关系可知，轴力随法兰厚度t的增加并没有发生变化，即增加法兰厚度t对法兰连接的螺栓轴向承载能力没有影响。取上述举例的10个不同的t值对法兰连接的弯矩的变化进行分析，如图4(b)所示的法兰连接的弯矩随法兰厚度t的变化曲线关系可知，法兰厚度t在小于85mm的情况下弯矩变化显著，法兰厚度t在大于85mm的情况下弯矩变化不显著，由此可知，85mm为法兰厚度t影响螺栓弯矩变化大小的临界点值。根据此举例可知，法兰厚度t只有在小于85mm的情况下才会影响弯矩，因此，在进行法兰连接受力的关键设计参数的提取过程中，考虑法兰厚度在大于85mm时的法兰连接的受力情况，由此也得出在对风力发电机组的塔筒法兰进行设计时，在保证法兰厚度t值在大于85mm的范围时，法兰厚度t不作为法兰连接的关键设计参数进行考虑。
根据本发明的实施例，具体地，例如，取设计参数为螺栓分度圆直径a/b＝1，分析法兰连接的接触面对法兰连接受力的影响。分别取值a+b＝170、a+b＝180、a+b＝190、a+b＝200、a+b＝210、a+b＝220、a+b＝230、a+b＝240、a+b＝250和a+b＝260对法兰连接的轴力的变化进行分析，如图5(a)所示的法兰连接的轴力随着接触面增大的变化曲线可知，法兰连接的轴力在a/b固定不变的情况下，随着接触面的增大，轴力几乎没有变化。取上述举例的10个不同的a+b值对法兰连接的弯矩的变化进行分析，如图5(b)所示，法兰连接的弯矩随着接触面的增大，变化也不大。由此例可知，在螺栓分度圆直径a/b为一个固定值时，法兰连接受力不受接触面大小的影响，螺栓分度圆直径a/b的值只有在发生变化的情况下才会影响法兰连接的受力，以此来进一步的确定螺栓分度圆直径a/b作为影响法兰连接受力的关键设计参数。
在步骤S300，基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线确定与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。具体地，根据提取的关键设计参数a/b分别对法兰连接的轴力和弯矩进行线性插值和曲线拟合，并根据线性插值和曲线拟合的结果求取应力曲线。下面将参照图6来详细说明根据本发明实施例的应力曲线的求取过程。
图6示出根据本发明的实施例的求取应力曲线的流程图。
如图3所示，首先，在步骤S301，通过对与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线进行线性插值和曲线拟合得出与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线。根据本发明的实施例，具体地，对得到的关键设计参数螺栓分度圆直径a/b进行曲线拟合，将a/b作为变量x，输入不同a/b值的数据点，根据数据点建立函数f(x)。假设f(x)为五阶多项式拟合函数，且表达式如下：
f(x)＝p1*x5+p2*x4+p3*x3+p4*x2+p5*x+p6。
其中，x为关键设计参数螺栓分度圆直径a/b，p1、p2、p3、p4、p5、p6为变量的不同阶数项的系数。根据多项式拟合原理对p1、p2、p3、p4、p5、p6的值进行计算，再通过误差分析，保证数据点范围内的f(x)值与原始数据在同一x下的误差在1％以内，通常可以保证误差在0.1％以内。然后，在分别对轴力曲线和弯矩曲线进行线性插值计算，将曲线拟合过程中没有考虑的法兰设计的关键设计参数的取值进行插值计算。例如，输入a/b＝1.25，那么这条曲线就在a/b＝1.153和a/b＝1.333之间，根据这两条曲线以及输入的a/b的值1.25，分别通过线性插值得到a/b＝1.25的轴力和弯矩曲线。这里，以弯矩为例，选取上述举例中的螺栓分度圆直径a/b的10个不同取值a/b＝0.6593、a/b＝0.7558、a/b＝0.8642、a/b＝0.9868、a/b＝1.1268、a/b＝1.2879、a/b＝1.4754、a/b＝1.6964、a/b＝1.9608和a/b＝2.2826进行弯矩曲线拟合，得到弯矩曲线拟合的结果如图7所示的一簇函数，然后，通过线性插值法得到某一特定的关键设计参数值a/b＝n0下的弯矩曲线，如图8所示的a/b＝n0时的弯矩曲线MS。根据本发明的实施例，可用同样的方法对法兰连接的轴力进行曲线拟合和线性插值得到a/b＝n0轴力曲线FS。
在步骤S302，根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。根据本发明的实施例，具体地，根据步骤S301中得到的轴力曲线FS和弯矩曲线MS建立关系式来求取法兰连接的应力曲线，应力曲线的求取公式如下所示：
其中，σ为应力值，Fs和Ms分别为轴力与弯矩，As为法兰螺栓应力截面，W为截面抗弯模量。根据上述举例得出的应力曲线是与关键设计参数的特定值a/b＝n0对应的应力曲线。
返回图2，在步骤S400，基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证。具体地，基于所述应力曲线计算出关键设计参数值在所述特定值下的极限应力值和疲劳损伤值，将所述极限应力值与材料极限强度值进行对比，将所述疲劳损伤值与设计要求值进行对比，以确定具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接是否满足极限和疲劳验证。其中，对法兰连接进行极限和疲劳验证是指对法兰连接的极限强度和疲劳强度分别进行验证，极限强度是指物体在外力作用下发生破坏时出现的最大应力，也可称为破坏强度或破坏应力，疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力，也称为疲劳极限。根据本发明的实施例，具体地，根据步骤S302中得出的与关键设计参数的特定值a/b＝n0对应的应力曲线分别对法兰连接的受力进行极限强度验证和疲劳强度验证。对于极限强度的验证是根据应力曲线，通过输入法兰连接的极限载荷值直接计算得出极限应力值，并将计算得到的极限应力值与材料本身的极限强度值进行对比，从而实现极限强度的验证。对于疲劳强度的验证是通过时序文件计算得出法兰连接受力的应力谱曲线，再采用雨流计数法对载荷进行分析、处理并计算疲劳损伤值，根据疲劳损伤值与设计要求值的对比确定疲劳强度验证的结果。其中，在极限应力值小于材料本身的极限强度值时，表示该法兰连接的设计满足材料的极限强度，验证的疲劳损伤值满足法兰连接的设计要求值时，表示该法兰连接的设计满足疲劳损伤的设计要求，由此确定关键设计参数a/b＝n0时法兰连接的设计满足设计要求。
根据本发明的实施例，在满足极限和疲劳验证时，确定满足极限和疲劳验证的关键设计参数值，并根据确定的关键设计参数值计算得出法兰连接的设计参数值。具体地，根据上述举例，根据关键设计参数值a/b＝n0以及a+b为固定值，进行二元一次方程式的求解，分别计算得出a值和b值，即得出法兰设计的螺栓轴心线到法兰内径处的距离以及螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，并根据此时a和b的取值对法兰连接进行设计。
根据本发明的实施例，在进行法兰连接受力的极限和疲劳验证时，如果应力值大小和疲劳损伤值不满足极限和疲劳验证的条件，通常情况下可通过改变关键设计参数值a/b的大小对法兰连接进行修改设计，并重新执行步骤S200至步骤S400。也可以通过改变法兰厚度t值的大小对法兰连接进行修改设计，因为随着法兰厚度t增加，螺栓轴力和螺栓弯矩也都相应降低，其中，在法兰厚度t>＝85mm时，法兰连接的螺栓弯矩变化不明显。
图9是示出根据本发明的实施例的风力发电机组塔筒法兰的设计装置框图。
如图9所示，法兰的设计装置600可包括关键设计参数模块601、应力曲线求取模块602和极限和疲劳验证模块603。根据本发明的实施例，法兰的设计装置600可通过各种计算装置(例如，计算机、服务器、工作站等)来实现。具体地，关键设计参数获取模块601被配置为测量并获取与每个设计参数对应的法兰连接的多条轴力曲线和多条弯矩曲线，并根据所述多条轴力曲线和所述多条弯矩曲线的变化趋势确定影响法兰连接受力的关键设计参数。应力曲线求取模块602被配置为基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线确定与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。极限和疲劳验证模块603被配置为基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证。根据本发明的实施例，关键设计参数提取模块601根据单一变量原则对不同设计参数与法兰连接的轴力和弯矩的关系进行分析，提取影响法兰连接受力的关键设计参数，其中，关键设计参数包括螺栓分度圆直径a/b，a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，a+b为固定值。应力曲线求取模块602通过对与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线进行线性插值和曲线拟合得出与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线，并根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。下面将参照图10来详细说明根据本发明实施例的应力曲线求取模块602。
图10示出根据本发明的实施例的应力曲线求取模块的框图。
如图10所示，应力曲线求取模块602包括曲线拟合单元701和应力曲线求取单元702。其中，曲线拟合单元701被配置为通过对与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线进行线性插值和曲线拟合得出与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线。应力曲线求取单元702被配置为根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。具体地，曲线拟合单元701根据关键设计参数模块601中得到的关键设计参数螺栓分度圆直径a/b进行线性插值和曲线拟合，得到与关键设计参数的特定值对应的弯矩曲线MS和轴力曲线FS。应力曲线求取单元702根据曲线拟合单元701得到的轴力曲线FS和弯矩曲线MS求取与关键设计参数的特定值对应的法兰连接的应力曲线其中，σ为应力值，As为法兰螺栓应力截面，W为截面抗弯模量。
返回图9，极限和疲劳验证模块603基于应力曲线求取模块602求取的应力曲线对特定的关键设计参数值下的法兰连接进行极限和疲劳验证。根据本发明的实施例，具体地，通过应力曲线对极限应力值和疲劳损伤值进行计算，并将计算得到的极限应力值与材料极限强度值进行对比，将疲劳损伤值与设计要求值进行对比，确定满足极限和疲劳验证时的关键设计参数a/b的值。然后，根据确定的关键设计参数a/b的值和a+b固定值进行二元一次方程式的求解，分别计算得出a值和b值，即得出法兰设计的螺栓轴心线到法兰内径处的距离以及螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，对法兰连接进行设计。根据本发明的实施例，在极限应力值和疲劳损伤值不满足极限和疲劳验证时，可通过改变关键设计参数a/b的值对法兰连接进行修改设计，并重新进行计算和验证对法兰连接的设计参数值进行求取，或者也可以在法兰设计的关键参数已经被人为设定不可修改或者修改关键参数使法兰设计难以实现时，通过改变法兰厚度t值的大小对法兰连接进行修改设计。
根据本发明的实施例的风力发电机组塔筒法兰的设计方法和装置，该方法通过对法兰连接受力的关键设计参数的提取，以及根据关键设计参数计算法兰连接受力曲线并找出关键设计参数的取值对法兰连接进行设计，使法兰连接的设计无需在考虑尺寸限制条件的前提下进行，并且还解决了有限元算法中不收敛的问题，以及有效的缩短了风力发电机组塔筒法兰的设计周期。
根据本发明的实施例的风力发电机组塔筒法兰的设计方法可实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码，或者可通过传输介质被发送。计算机可读记录介质是可存储此后可由计算机系统读取的数据的任意数据存储装置。计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时，处理器执行图2所示的风力发电机组塔筒法兰的设计方法。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘(CD)-ROM、数字多功能盘(DVD)、磁带、软盘、光学数据存储装置，但不限于此。传输介质可包括通过网络或各种类型的通信通道发送的载波。计算机可读记录介质也可分布于连接网络的计算机系统，从而计算机可读代码以分布方式被存储和执行。
本发明的另一实施例提供了一种计算机设备，包括处理器和存储计算机程序的存储器，所述计算机程序被处理器运行时，处理器执行图2所示的风力发电机组塔筒法兰的设计方法。
尽管已经参照本发明的特定示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种形式和细节上的各种改变。

Claims (12)

1.一种风力发电机组塔筒法兰的设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
测量并获取与每个设计参数对应的法兰连接的多条轴力曲线和多条弯矩曲线；
根据所述多条轴力曲线和所述多条弯矩曲线的变化趋势确定影响法兰连接受力的关键设计参数；
基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线确定与关键设计参数的特定值对应的应力曲线；
基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关键设计参数包括螺栓分度圆直径a/b，其中，a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，a+b为固定值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线的步骤包括：
通过对与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线进行线性插值和曲线拟合得出与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线；
根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线的步骤包括：
通过将轴力曲线和法兰螺栓应力截面之比与弯矩曲线和截面抗弯模量之比相加来得到所述应力曲线。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证的步骤包括：
基于所述应力曲线计算出关键设计参数值在所述特定值下的极限应力值和疲劳损伤值，将所述极限应力值与材料极限强度值进行对比，将所述疲劳损伤值与设计要求值进行对比，以确定具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接是否满足极限和疲劳验证。
6.一种风力发电机组塔筒法兰的设计装置，其特征在于，所述装置包括：
关键设计参数获取模块，被配置为测量并获取与每个设计参数对应的法兰连接的多条轴力曲线和多条弯矩曲线，并根据所述多条轴力曲线和所述多条弯矩曲线的变化趋势确定影响法兰连接受力的关键设计参数；
应力曲线求取模块，被配置为基于与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线确定与关键设计参数的特定值对应的应力曲线；
极限和疲劳验证模块，被配置为基于所述应力曲线对具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接进行极限和疲劳验证。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述关键设计参数获取模块中的关键设计参数包括螺栓分度圆直径a/b，其中，a为螺栓轴心线到法兰内径处的距离，b为螺栓轴心线到塔筒内壁的距离，a+b为固定值。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述应力曲线求取模块包括：
曲线拟合单元，被配置为通过对与关键设计参数对应的多条轴力曲线和多条弯矩曲线进行线性插值和曲线拟合得出与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线；
应力曲线单元，被配置为根据得到的与关键设计参数的特定值对应的轴力曲线和弯矩曲线计算求取与关键设计参数的特定值对应的应力曲线。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述应力曲线单元还被配置为：
通过将轴力曲线和法兰螺栓应力截面之比与弯矩曲线和截面抗弯模量之比相加来得到所述应力曲线。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述极限和疲劳验证模块被配置为：
基于所述应力曲线计算出关键设计参数值在所述特定值下的极限应力值和疲劳损伤值，将所述极限应力值与材料极限强度值进行对比，将所述疲劳损伤值与设计要求值进行对比，以确定具有所述特定值的关键设计参数的法兰连接是否满足极限和疲劳验证。
11.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时，处理器执行权利要求1-5中任一项所述的方法。
12.一种计算机设备，包括处理器和存储计算机程序的存储器，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时，处理器执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。
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