CN110879925B - 风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备，该顶法兰的疲劳损伤确定方法包括：获取在顶法兰处的疲劳时序载荷；确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间；根据预先建立的载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在疲劳时序载荷作用下所受的应力；根据确定的应力计算顶法兰的疲劳损伤值。采用本发明示例性实施例的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备，能够考虑顶法兰的全部母材和全部焊缝的疲劳损伤情况，使得结果更加全面、准确。

Description

风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备
技术领域
本发明总体上涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种海上风力发电机组塔架顶端的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备。
背景技术
顶法兰是风力发电机组的重要部件，起着连接风力发电机组的偏航轴承与塔架的作用，顶法兰多为Q345E钢材锻造而成。作为海上支撑结构的重要组成部分，顶法兰在25年的设计寿命期间，要承受各种复杂的动态载荷，因此其需要有足够的疲劳强度，顶法兰的疲劳安全性是海上支撑结构安全性的重要内容之一。
顶法兰位于塔架顶端，在进行顶法兰的疲劳计算时，需要考虑轴承和螺栓的非线性作用。由于这种非线性作用的存在，导致如果顶法兰全部进行计算时，计算工作量将呈几何数的增加，因此现有的顶法兰在进行疲劳计算时，通常人为的选择顶法兰在0°、90°、180°、270°的4个或多个热点，结合My(风力发电机组前后方向弯矩)的疲劳载荷最大值和最小值构建热点处的载荷-应力曲线，之后结合疲劳载荷马尔科夫矩阵对顶法兰进行疲劳计算。
但上述对顶法兰的疲劳计算过程，由于热点数量过少，且仅考虑My的疲劳载荷，无法全面的评价顶法兰的疲劳强度。尤其对于海上风电来说，由于冰、浪等条件的影响，Mx，Mz等载荷的影响逐渐增加，此时单独的考虑My的疲劳载荷，可能会造成结构设计的不保守。
发明内容
本发明的示例性实施例的目的在于提供一种风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备，以克服上述至少一个缺点。
在一个总体方面，提供一种风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法，所述疲劳损伤确定方法包括：获取在顶法兰处的疲劳时序载荷；确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间；根据预先建立的所述载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在所述疲劳时序载荷作用下所受的应力；根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值。
可选地，确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间的步骤可包括：从获取的疲劳时序载荷中提取多种载荷中的预定载荷；确定与所述预定载荷对应的载荷区间，其中，所述应力为顶法兰在所述预定载荷作用下所受的应力，根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值的步骤可包括：基于所述应力计算顶法兰在所述预定载荷作用下的疲劳损伤值。
可选地，载荷应力关系可为与所述载荷区间在顶法兰的预定位置处对应的载荷应力关系，其中，所述应力可为顶法兰的所述预定位置处所受的应力，根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值的步骤可包括：基于所述应力计算顶法兰的所述预定位置处的疲劳损伤值。
可选地，每个位置处的每种载荷可分别对应多个载荷区间，一个载荷区间可对应一载荷应力关系。
可选地，每种载荷的多个载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系可通过以下方式被确定：建立关于顶法兰的有限元模型；在顶法兰表面施加壳单元；在风力发电机组的主机架前端面与顶法兰中心之间建立载荷伞；在顶法兰中心分别施加全载荷工况下的多种载荷，经由所述载荷伞的传递，提取在顶法兰的不同位置处在所施加的所述多种载荷作用下的应力应变信息；对在顶法兰中心施加的每种载荷进行划分，获得分别与每种载荷对应的多个载荷区间；针对每种载荷，在每个位置处提取每个载荷区间内各载荷对应的应力应变信息，分别针对每个载荷区间内各载荷以及对应的应力应变信息进行拟合，得到在每个位置处与每个载荷区间对应的载荷应力关系。
可选地，所述多种载荷可包括来自不同方向和不同大小的力和弯矩，不同位置处可指不同壳单元处或者有限元模型的不同节点处。
可选地，来自不同方向和不同大小的力可包括：Fx,max、Fx,min、Fy,max、Fy,min、Fz,max、Fz,min，来自不同方向和不同大小的弯矩可包括：Mx,max、Mx,min、My,max、My,min、Mz,max、Mz,min，其中，Fx表示全载荷工况下在第一预定方向上的力，Fy表示全载荷工况下在第二预定方向上的力，Fz表示全载荷工况下在第三预定方向上的力，Mx表示全载荷工况下在第一预定方向上的弯矩，My表示全载荷工况下在第二预定方向上的弯矩，Mz表示全载荷工况下在第三预定方向上的弯矩。
可选地，载荷区间所对应的载荷应力关系可为线性关系。
在另一总体方面，提供一种风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定设备，所述疲劳损伤确定设备包括：时序载荷获取单元，获取在顶法兰处的疲劳时序载荷；载荷区间确定单元，确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间；应力确定单元，根据预先建立的所述载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在所述疲劳时序载荷作用下所受的应力；疲劳损伤确定单元，根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值。
可选地，载荷区间确定单元可从获取的疲劳时序载荷中提取多种载荷中的预定载荷，确定与所述预定载荷对应的载荷区间，其中，所述应力为顶法兰在所述预定载荷作用下所受的应力，疲劳损伤确定单元可基于所述应力计算顶法兰在所述预定载荷作用下的疲劳损伤值。
可选地，载荷应力关系可为与所述载荷区间在顶法兰的预定位置处对应的载荷应力关系，其中，所述应力可为顶法兰的所述预定位置处所受的应力，疲劳损伤确定单元可基于所述应力计算顶法兰的所述预定位置处的疲劳损伤值。
可选地，每个位置处的每种载荷可分别对应多个载荷区间，一个载荷区间可对应一载荷应力关系。
可选地，每种载荷的多个载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系可通过以下方式被确定：建立关于顶法兰的有限元模型；在顶法兰表面施加壳单元；在风力发电机组的主机架前端面与顶法兰中心之间建立载荷伞；在顶法兰中心分别施加全载荷工况下的多种载荷，经由所述载荷伞的传递，提取在顶法兰的不同位置处在所施加的所述多种载荷作用下的应力应变信息；对在顶法兰中心施加的每种载荷进行划分，获得分别与每种载荷对应的多个载荷区间；针对每种载荷，在每个位置处提取每个载荷区间内各载荷对应的应力应变信息，分别针对每个载荷区间内各载荷以及对应的应力应变信息进行拟合，得到在每个位置处与每个载荷区间对应的载荷应力关系。
可选地，所述多种载荷可包括来自不同方向和不同大小的力和弯矩，不同位置处可指不同壳单元处或者有限元模型的不同节点处。
可选地，来自不同方向和不同大小的力可包括：Fx,max、Fx,min、Fy,max、Fy,min、Fz,max、Fz,min，来自不同方向和不同大小的弯矩可包括：Mx,max、Mx,min、My,max、My,min、Mz,max、Mz,min，其中，Fx表示全载荷工况下在第一预定方向上的力，Fy表示全载荷工况下在第二预定方向上的力，Fz表示全载荷工况下在第三预定方向上的力，Mx表示全载荷工况下在第一预定方向上的弯矩，My表示全载荷工况下在第二预定方向上的弯矩，Mz表示全载荷工况下在第三预定方向上的弯矩。
可选地，载荷区间所对应的载荷应力关系可为线性关系。
在另一总体方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法。
在另一总体方面，提供一种计算装置，所述计算装置包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法。
采用本发明示例性实施例的海上风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤的确定方法和设备，能够考虑顶法兰的全部母材和全部焊缝的疲劳损伤情况，使得结果更加全面、准确。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚。
图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法的流程图；
图2示出根据本发明示例性实施例的确定多种载荷的多个载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系的步骤的流程图；
图3示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定设备的框图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，一些示例性实施例在附图中示出。
图1示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法的流程图。应理解，在本发明示例性实施例中，上述顶法兰是指设置在风力发电机组的塔架顶端的法兰，用于连接风力发电机组的偏航轴承和塔架，下面结合图1来介绍确定上述顶法兰的疲劳损伤值的方法。
参照图1，在步骤S10中，获取在顶法兰处的疲劳时序载荷。
作为示例，上述疲劳时序载荷可为Bladed软件基于一体化建模在风力发电机组的顶法兰处得到的疲劳时序载荷。这里，疲劳时序载荷可为随时间变化的疲劳载荷，且该疲劳时序载荷可包括在所有工况下的各方向上的疲劳载荷。应理解，上述利用Bladed软件获得疲劳时序载荷的方式仅为示例，本领域技术人员还可通过其他方式来获得在顶法兰处的疲劳时序载荷。
在步骤S20中，确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间。这里，是指确定疲劳时序载荷中在各时间点处的疲劳载荷所对应的载荷区间。
应理解，疲劳时序载荷可包括(在不同方向和/或不同大小下的)多种载荷，例如，确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间的步骤可包括：从获取的疲劳时序载荷中提取多种载荷中的预定载荷；确定与该预定载荷对应的载荷区间。在此情况下，后续确定的应力可为顶法兰在该预定载荷作用下所受的应力，以基于确定的应力计算顶法兰在预定载荷作用下的疲劳损伤值。
这里，预定载荷可为多种载荷中的一种载荷，后续可计算在该预定载荷下的顶法兰的疲劳损伤值，以实现针对单一载荷进行疲劳评估，使得对顶法兰的载荷疲劳计算更加全面。
作为示例，上述从疲劳时序载荷中提取的载荷可为第一预定方向上的疲劳时序载荷(如Fx或Mx)、第二预定方向上的疲劳时序载荷(如Fy或My)和/或第三预定方向上的疲劳时序载荷(如Fz或Mz)。
也就是说，在步骤S20中可对获取的疲劳时序载荷进行处理，从疲劳时序载荷中提取多种载荷，以针对每种载荷分别执行后续处理过程，获得顶法兰在每种载荷下的疲劳损伤值。
在步骤S30中，根据预先建立的载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在疲劳时序载荷作用下所受的应力。
在步骤S40中，根据确定的应力计算顶法兰的疲劳损伤值。
一种情况，载荷应力关系可为与载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系，在此情况下，确定的应力可为顶法兰的不同位置处在疲劳时序载荷作用下所受的应力，以基于确定的应力计算顶法兰的不同位置处的疲劳损伤值。
例如，可根据预先建立的载荷区间在顶法兰不同位置处对应的载荷应力关系，确定顶法兰的不同位置处在疲劳时序载荷作用下所受的应力。在此情况下，可根据确定的应力计算顶法兰的不同位置处的疲劳损伤值，优选地，可选取最大疲劳损伤值作为顶法兰的疲劳损伤值。
另一种情况，可根据预先建立的多种载荷的多个载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在疲劳时序载荷中的预定载荷作用下所受的应力，并根据确定的应力计算顶法兰在预定载荷作用下的疲劳损伤值。
优选地，当结合上述两种情况时，可确定顶法兰的不同位置处在疲劳时序载荷中的预定载荷作用下所受的应力，以基于确定的应力计算顶法兰的不同位置处在预定载荷作用下的疲劳损伤值。
例如，可基于确定的应力计算顶法兰的应力谱，基于计算的应力谱来计算顶法兰的疲劳损伤值。这里，可通过各种方式来利用应力计算应力谱以及利用应力谱计算疲劳损伤值，本发明对此部分内容不再赘述。
在一示例中，基于上述处理步骤针对每种载荷，对各载荷区间建立了载荷应力直线关系，可形成有限元计算文件。通过对疲劳时序载荷进行处理，从疲劳时序载荷中提取多种载荷，与上述有限元计算文件一一对应，形成载荷计算文件。将上述有限元计算文件和载荷计算文件导入到疲劳计算软件中，通过指定SN曲线和载荷频次，使用疲劳计算软件完成基于全载荷工况和非线性的顶法兰疲劳损伤计算。
优选地，每个位置处的每种载荷可分别对应多个载荷区间，一个载荷区间可对应一载荷应力关系。在一优选示例中，载荷区间所对应的载荷应力关系可为线性关系，但本发明不限于此，载荷区间所对应的载荷应力关系也可为非线性关系。
应理解，在现有的顶法兰的疲劳损伤计算中，由于螺栓、轴承的载荷与应力之间的关系并不是直线，而是曲线，导致对顶法兰的疲劳损伤计算的工作量呈几何数的增加。而在本发明示例性实施例中，将载荷划分为多个载荷区间，针对每个载荷区间建立载荷与应力的线性关系(如直线关系)，也就是说，在载荷与应力之间建立分段直线关系，能够有效减少疲劳计算的工作量。
下面结合图2来介绍确定多种载荷的多个载荷区间在顶法兰的不同位置处所对应的载荷应力关系的步骤。应理解，图2所示的确定载荷应力关系的步骤仅为示例，本领域技术人员还可通过其他方式来确定载荷应力关系。
图2示出根据本发明示例性实施例的确定多种载荷的多个载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系的步骤的流程图。
参照图2，在步骤S201中，建立关于顶法兰的有限元模型。
例如，可使用CAD软件建立包含风力发电机组的主机架、偏航轴承、刹车盘、螺栓、刹车钳、顶法兰以及部分塔架在内的装配模型，并在通用有限元软件中分别对上述装配模型中的各部件划分网格，建立关于顶法兰的有限元模型。
在步骤S202中，在顶法兰表面施加壳单元。
例如，可在顶法兰表面的有限元模型中的每个网络内设置一壳单元，以用于提取母材和焊缝的应力应变信息。
在步骤S203中，在风力发电机组的主机架前端面(即，主机架迎风面)与顶法兰中心之间建立载荷伞，用以传递载荷。
在步骤S204中，在顶法兰中心分别施加全载荷工况下的多种载荷，经由载荷伞的传递，提取在顶法兰的不同位置处在所施加的多种载荷作用下的应力应变信息。作为示例，顶法兰的不同位置处可指不同壳单元处或者有限元模型的不同节点处，例如，可使用APDL来提取在每个壳单元处或者在有限元模型的每个节点处在所施加的多种载荷作用下的应力应变信息。
这里，全载荷工况(all load case)为包含Fx，Fy，Fz，Mx，My，Mz的疲劳载荷谱，在本发明示例性实施例中，将上述全载荷工况下的疲劳载荷同时考虑到顶法兰的疲劳计算中，避免了现有技术中仅考虑My的疲劳载荷，无法全面的评价顶法兰的疲劳强度的问题。
例如，可在顶法兰中心分别施加上述全载荷工况下的力和弯矩的最大值和最小值，作为示例，多种载荷可包括来自不同方向和不同大小的力和弯矩。
这里，来自不同方向和不同大小的力可包括：Fx,max、Fx,min、Fy,max、Fy,min、Fz,max、Fz,min，来自不同方向和不同大小的弯矩可包括：Mx,max、Mx,min、My,max、My,min、Mz,max、Mz,min。x、y和z分别表示第一预定方向、第二预定方向和第三预定方向，Fx表示全载荷工况下在第一预定方向上的力，Fy表示全载荷工况下在第二预定方向上的力，Fz表示全载荷工况下在第三预定方向上的力，Mx表示全载荷工况下在第一预定方向上的弯矩，My表示全载荷工况下在第二预定方向上的弯矩，Mz表示全载荷工况下在第三预定方向上的弯矩。也就是说，Fx,max表示全载荷工况下在第一预定方向上的力的最大值，Fx,min表示全载荷工况下在第一预定方向上的力的最小值，Fy,max表示全载荷工况下在第二预定方向上的力的最大值，Fy,min表示全载荷工况下在第二预定方向上的力的最小值，Fz,max表示全载荷工况下在第三预定方向上的力的最大值，Fz,min表示全载荷工况下在第三预定方向上的力的最小值，Mx,max表示全载荷工况下在第一预定方向上的弯矩的最大值，Mx,min表示全载荷工况下在第一预定方向上的弯矩的最小值，My,max表示全载荷工况下在第二预定方向上的弯矩的最大值，My,min表示全载荷工况下在第二预定方向上的弯矩的最小值，Mz,max表示全载荷工况下在第三预定方向上的弯矩的最大值，Mz,min表示全载荷工况下在第三预定方向上的弯矩的最小值。
作为示例，第一预定方向可指垂直于风力发电机组叶轮面的方向(即，平行于风力发电机组的主轴的方向，也可称为风力发电机组的前后方向)，第二预定方向可指平行于风力发电机组叶轮面的方向(例如，在水平面上垂直于第一预定方向，并且由机舱面朝轮毂的右边方向，也可称为风力发电机组的侧向方向)，第三预定方向可指与第一预定方向和第二预定方向均垂直的方向。但本发明不限于此，x、y和z也可指在顶法兰上建立的坐标系的各坐标轴的方向。
在一优选实施例中，上述风力发电机组可为海上风力发电机组。对于海上风力发电机组，考虑风浪异向(风和波浪的入射方向不同)引起的载荷不确定，即疲劳损伤计算中不再是如陆地上的单一载荷分量(如My)起主导作用，考虑风浪异向后，对疲劳损伤起主导作用的有可能是第一预定方向上的载荷、也有可能是第二预定方向上的载荷、也有可能是第三预定方向上的载荷、或者两个或两个以上方向上的载荷的组合。因此，现有的采用单一载荷分量计算顶法兰疲劳损伤，得到的计算结果不准确，在本发明示例性实施例中，在对顶法兰的疲劳损伤计算中考虑到不同载荷对于结构的疲劳影响，使得计算结果更加全面。
在步骤S205中，对在顶法兰中心施加的每种载荷进行划分，获得分别与每种载荷对应的多个载荷区间。也就是说，一种载荷即可被划分为多个载荷区间。例如，对于所施加的Fx,max可被划分为对应的多个载荷区间，对于所施加的Mx,min可被划分为对应的多个载荷区间等等，本发明不一一举例。这里，各载荷区间的取值范围可由本领域技术人员根据需要来设定，本发明对此不做限定。
在步骤S206中，针对每种载荷，在每个位置处提取每个载荷区间内各载荷对应的应力应变信息，分别针对每个载荷区间内各载荷以及对应的应力应变信息进行拟合，得到在每个位置处与每个载荷区间对应的载荷应力关系。也就是说，在每个位置处可提取到在多种载荷作用下的应力应变信息，一种载荷的一个载荷区间在一个位置处对应一载荷应力直线关系。
图3示出根据本发明示例性实施例的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定设备的框图。
如图3所示，根据本发明示例性实施例的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定设备包括：时序载荷获取单元10、载荷区间确定单元20、应力确定单元30和疲劳损伤确定单元40。
具体说来，时序载荷获取单元10获取在顶法兰处的疲劳时序载荷。这里，疲劳时序载荷可为随时间变化的疲劳载荷，且该疲劳时序载荷可包括在所有工况下的各方向上的疲劳载荷。
载荷区间确定单元20确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间。这里，载荷区间确定单元20可确定疲劳时序载荷中在各时间点处的疲劳载荷所对应的载荷区间。
应理解，疲劳时序载荷可包括(在不同方向和/或不同大小下的)多种载荷，例如，载荷区间确定单元20可从获取的疲劳时序载荷中提取多种载荷中的预定载荷，确定与该预定载荷对应的载荷区间。在此情况下，后续确定的应力可为顶法兰在该预定载荷作用下所受的应力，以基于确定的应力计算顶法兰在预定载荷作用下的疲劳损伤值。
在一优选实施例中，载荷应力关系可为与载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系，在此情况下，后续应力确定单元30确定的应力可为顶法兰的不同位置处在疲劳时序载荷作用下所受的应力，以基于确定的应力计算顶法兰的不同位置处的疲劳损伤值。
这里，预定载荷可为多种载荷中的一种载荷，后续可计算在该预定载荷下的顶法兰的疲劳损伤值，以实现针对单一载荷进行疲劳评估，使得对顶法兰的载荷疲劳计算更加全面。
优选地，每个位置处的每种载荷可分别对应多个载荷区间，一个载荷区间可对应一载荷应力关系。在一优选示例中，载荷区间所对应的载荷应力关系可为线性关系。
例如，每种载荷的多个载荷区间在顶法兰的不同位置处所对应的载荷应力关系可通过以下方式被确定：建立关于顶法兰的有限元模型；在顶法兰表面施加壳单元；在风力发电机组的主机架前端面与顶法兰中心之间建立载荷伞；在顶法兰中心分别施加全载荷工况下的多种载荷，经由所述载荷伞的传递，提取顶法兰的不同位置处在所施加的所述多种载荷作用下的应力应变信息；对在顶法兰中心施加的每种载荷进行划分，获得分别与每种载荷对应的多个载荷区间；针对每种载荷，在每个位置处提取每个载荷区间内各载荷对应的应力应变信息，分别针对每个载荷区间内各载荷以及对应的应力应变信息进行拟合，得到在每个位置处与每个载荷区间对应的载荷应力关系。也就是说，在每个位置处可提取到在多种载荷作用下的应力应变信息，一种载荷的一个载荷区间在一个位置处对应一载荷应力直线关系。作为示例，顶法兰的不同位置处可指不同壳单元处或者有限元模型的不同节点处。
例如，可在顶法兰中心分别施加上述全载荷工况下的力和弯矩的最大值和最小值，作为示例，多种载荷可包括来自不同方向和不同大小的力和弯矩。
这里，来自不同方向和不同大小的力可包括：Fx,max、Fx,min、Fy,max、Fy,min、Fz,max、Fz,min，来自不同方向和不同大小的弯矩可包括：Mx,max、Mx,min、My,max、My,min、Mz,max、Mz,min。x、y和z分别表示第一预定方向、第二预定方向和第三预定方向，Fx表示全载荷工况下在第一预定方向上的力，Fy表示全载荷工况下在第二预定方向上的力，Fz表示全载荷工况下在第三预定方向上的力，Mx表示全载荷工况下在第一预定方向上的弯矩，My表示全载荷工况下在第二预定方向上的弯矩，Mz表示全载荷工况下在第三预定方向上的弯矩，max表示最大值，min表示最小值。
作为示例，第一预定方向可指垂直于风力发电机组叶轮面的方向，第二预定方向可指平行于风力发电机组叶轮面的方向，第三预定方向可指与第一预定方向和第二预定方向均垂直的方向。
应力确定单元30根据预先建立的载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在疲劳时序载荷作用下所受的应力。
疲劳损伤确定单元40根据确定的应力计算顶法兰的疲劳损伤值。例如，疲劳损伤确定单元40可基于确定的应力计算顶法兰的应力谱，基于计算的应力谱来计算顶法兰的疲劳损伤值。
优选地，应力确定单元30可根据预先建立的载荷区间在顶法兰不同位置处对应的载荷应力关系，确定顶法兰的不同位置处在疲劳时序载荷作用下所受的应力。在此情况下，疲劳损伤确定单元40可根据确定的应力计算顶法兰的不同位置处的疲劳损伤值，优选地，可选取最大疲劳损伤值作为顶法兰的疲劳损伤值。
在一优选实施例中，应力确定单元30可根据预先建立的多种载荷的多个载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在疲劳时序载荷中的预定载荷作用下所受的应力，疲劳损伤确定单元40根据确定的应力计算顶法兰的不同位置处在预定载荷作用下的疲劳损伤值。
根据本发明的示例性实施例还提供一种计算装置。该计算装置包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行上述的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法的计算机程序。
根据本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
采用本发明示例性实施例的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备，能够提取在每个壳单元或有限元模型的节点处的应力应变信息，热点数量增加，解决了现有的顶法兰疲劳计算过程中热点评估数量过少的问题。此外，上述疲劳损伤确定方法和设备还考虑到顶法兰不同位置处(即，全部母材和全部焊缝)的疲劳损伤，使得对顶法兰疲劳损伤的计算结果更加全面。
此外，采用本发明示例性实施例的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法和设备，在顶法兰的疲劳损伤计算过程中考虑到了全载荷工况下的所有载荷，避免了现有技术中在计算顶法兰疲劳损伤时仅考虑My疲劳载荷导致结构评估可能不保守的问题。
此外，在现有技术中通常是人工选择热点，在本发明示例性实施例中可自动选取每个壳单元或有限元模型的每个节点作为热点(例如，通过APDL程序自动完成热点选取)，提升了对顶法兰疲劳损伤分析的效率。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (14)

1.一种风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法，其特征在于，所述疲劳损伤确定方法包括：
获取在顶法兰处的疲劳时序载荷；
确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间；
根据预先建立的所述载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在所述疲劳时序载荷作用下所受的应力；
根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值，
其中，确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间的步骤包括：从获取的疲劳时序载荷中提取多种载荷中的预定载荷，确定与所述预定载荷对应的载荷区间，
其中，载荷应力关系为与所述载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系，
其中，每种载荷的多个载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系通过以下方式被确定：
建立关于顶法兰的有限元模型；
在顶法兰表面施加壳单元；
在风力发电机组的主机架前端面与顶法兰中心之间建立载荷伞；
在顶法兰中心分别施加全载荷工况下的多种载荷，经由所述载荷伞的传递，提取在顶法兰的不同位置处在所施加的所述多种载荷作用下的应力应变信息；
对在顶法兰中心施加的每种载荷进行划分，获得分别与每种载荷对应的多个载荷区间；
针对每种载荷，在每个位置处提取每个载荷区间内各载荷对应的应力应变信息，分别针对每个载荷区间内各载荷以及对应的应力应变信息进行拟合，得到在每个位置处与每个载荷区间对应的载荷应力关系。
2.如权利要求1所述的疲劳损伤确定方法，其特征在于，所述应力为顶法兰在所述预定载荷作用下所受的应力，根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值的步骤包括：基于所述应力计算顶法兰在所述预定载荷作用下的疲劳损伤值。
3.如权利要求2所述的疲劳损伤确定方法，其特征在于，所述应力为顶法兰的不同位置处所受的应力，根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值的步骤包括：基于所述应力计算顶法兰的不同位置处的疲劳损伤值。
4.如权利要求3所述的疲劳损伤确定方法，其特征在于，每个位置处的每种载荷分别对应多个载荷区间，一个载荷区间对应一载荷应力关系。
5.如权利要求1所述的疲劳损伤确定方法，其特征在于，所述多种载荷包括来自不同方向和不同大小的力和弯矩，不同位置处指不同壳单元处或者有限元模型的不同节点处。
6.如权利要求1-5中的任意一项所述的疲劳损伤确定方法，其特征在于，载荷区间所对应的载荷应力关系为线性关系。
7.一种风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定设备，其特征在于，所述疲劳损伤确定设备包括：
时序载荷获取单元，获取在顶法兰处的疲劳时序载荷；
载荷区间确定单元，确定获取的疲劳时序载荷所对应的载荷区间；
应力确定单元，根据预先建立的所述载荷区间对应的载荷应力关系，确定顶法兰在所述疲劳时序载荷作用下所受的应力；
疲劳损伤确定单元，根据所述应力计算顶法兰的疲劳损伤值，
其中，载荷区间确定单元从获取的疲劳时序载荷中提取多种载荷中的预定载荷，确定与所述预定载荷对应的载荷区间，
其中，载荷应力关系为与所述载荷区间在顶法兰的预定位置处对应的载荷应力关系，
其中，每种载荷的多个载荷区间在顶法兰的不同位置处对应的载荷应力关系通过以下方式被确定：
建立关于顶法兰的有限元模型；
在顶法兰表面施加壳单元；
在风力发电机组的主机架前端面与顶法兰中心之间建立载荷伞；
在顶法兰中心分别施加全载荷工况下的多种载荷，经由所述载荷伞的传递，提取在顶法兰的不同位置处在所施加的所述多种载荷作用下的应力应变信息；
对在顶法兰中心施加的每种载荷进行划分，获得分别与每种载荷对应的多个载荷区间；
针对每种载荷，在每个位置处提取每个载荷区间内各载荷对应的应力应变信息，分别针对每个载荷区间内各载荷以及对应的应力应变信息进行拟合，得到在每个位置处与每个载荷区间对应的载荷应力关系。
8.如权利要求7所述的疲劳损伤确定设备，其特征在于，所述应力为顶法兰在所述预定载荷作用下所受的应力，疲劳损伤确定单元基于所述应力计算顶法兰在所述预定载荷作用下的疲劳损伤值。
9.如权利要求8所述的疲劳损伤确定设备，其特征在于，所述应力为顶法兰的所述预定位置处所受的应力，疲劳损伤确定单元基于所述应力计算顶法兰的所述预定位置处的疲劳损伤值。
10.如权利要求9所述的疲劳损伤确定设备，其特征在于，每个位置处的每种载荷分别对应多个载荷区间，一个载荷区间对应一载荷应力关系。
11.如权利要求7所述的疲劳损伤确定设备，其特征在于，所述多种载荷包括来自不同方向和不同大小的力和弯矩，不同位置处指不同壳单元处或者有限元模型的不同节点处。
12.如权利要求7-11中的任意一项所述的疲劳损伤确定设备，其特征在于，载荷区间所对应的载荷应力关系为线性关系。
13.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1-6中的任意一项所述的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法。
14.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6中的任意一项所述的风力发电机组的顶法兰的疲劳损伤确定方法。
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