CN112084586A - 分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统 - Google Patents

分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112084586A
CN112084586A CN202010785126.XA CN202010785126A CN112084586A CN 112084586 A CN112084586 A CN 112084586A CN 202010785126 A CN202010785126 A CN 202010785126A CN 112084586 A CN112084586 A CN 112084586A
Authority
CN
China
Prior art keywords
checking
strength
vertical flange
flange
criterion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010785126.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112084586B (zh
Inventor
董姝言
何海建
孟令锐
杨扬
李成晨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xuji Group Co Ltd
Xuchang Xuji Wind Power Technology Co Ltd
Original Assignee
Xuji Group Co Ltd
Xuchang Xuji Wind Power Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xuji Group Co Ltd, Xuchang Xuji Wind Power Technology Co Ltd filed Critical Xuji Group Co Ltd
Priority to CN202010785126.XA priority Critical patent/CN112084586B/zh
Publication of CN112084586A publication Critical patent/CN112084586A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112084586B publication Critical patent/CN112084586B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统，所述方法包括：校核剪切力作用下竖向法兰的连接螺栓的强度；校核竖向法兰与筒壁间的焊缝的强度；校核竖向法兰的屈曲强度；校核竖向法兰与筒壁间的焊缝疲劳强度；若上述各强度不符合相应的校核准则，则对应进行调整直至满足相应的校核准则。本发明通过计算分片式塔筒及连接螺栓的各项强度指标，能够及时判断当前螺栓的各项强度是否满足安全性。

Description

分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统
技术领域
本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统。
背景技术
目前我国风电逐步迈向低风速区域，大叶片、高塔筒已成为趋势。为了提高塔筒的稳定性，塔筒底部直径越来越大，难以满足道路运输的尺寸要求。分片式塔筒提供了一种解决方案。分片式塔筒沿轴向切割为多个分片，各片之间通过竖向法兰采用螺栓连接，竖向法兰及连接螺栓的强度与塔筒乃至与整个风力发电机机组的寿命密切相关。
目前对分片式塔筒竖向连接法兰的强度分析较少，申请号为201310240036.2的专利文件公开了一种法兰连接螺栓极限强度校核的计算方法，其采用有限元方法计算了法兰连接螺栓的极限强度；申请号为201710557600.1的专利文件公开了一种风机塔筒连接法兰疲劳强度的校核方法，其采用有限元方法计算了连接法兰的疲劳强度。这两项专利仅限于解决普通钢制塔筒连接法兰及螺栓的强度校核问题，未涉及分片式塔筒竖向连接法兰的强度计算。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统，能够及时判断当前螺栓的各项强度是否满足安全性。
第一方面，本发明实施例提供了一种分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法，包括：
校核剪切力作用下竖向法兰的连接螺栓的强度。
校核竖向法兰与筒壁间的焊缝的强度。
校核竖向法兰的屈曲强度。
校核竖向法兰与筒壁间的焊缝疲劳强度。
若上述各强度不符合相应的校核准则，则对应进行调整直至满足相应的校核准则。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述校核剪切力作用下竖向法兰的连接螺栓的强度，包括：
计算连接螺栓所承受的剪切力Fv,ED,Res，计算方法为Fv,ED,Res＝|FFxy|+|FMz|，其中，FFxy是由筒壁所受极限载荷Fxy引起的剪切力，计算公式为
Figure BDA0002621665740000021
FMz是由筒壁所受极限弯矩MZ引起的剪切力，其计算公式为
Figure BDA0002621665740000022
其中，Sy为截面面积矩，Iy为截面惯性矩，Wt为扭转截面模量，n是连接螺栓数量，L是塔筒段的段长，t是竖向法兰板厚度。
校核连接螺栓的剪切强度，校核准则为Fv,ED,Res≤Fv,RD，其中许用抗剪强度Fv,RD的计算方法为
Figure BDA0002621665740000023
其中，αv是抗剪强度系数，γM2是安全系数，fub为螺栓抗拉强度，As是螺栓应力面积，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
校核连接螺栓孔的承压能力，校核准则为Fv,ED,Res≤Fb,RD，其中螺栓孔的承载力Fb,RD的计算方法为
Figure BDA0002621665740000024
其中
Figure BDA0002621665740000025
fu为钢抗拉强度，d是塔筒直径，k1是垂直载荷传递方向，计算方法为
Figure BDA0002621665740000026
ad是载荷传递方向，计算方法为
Figure BDA0002621665740000027
d0是螺栓孔直径，e1和e2分别是螺栓孔距离竖向法兰两端面的距离，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
校核连接螺栓的防滑性，校核准则为Fv,ED,Res≤Fs,RD，其中极限滑移力Fs,RD的计算方法为
Figure BDA0002621665740000031
其中Fpc是螺栓的预紧力，计算方法为Fpc＝0.7·fub·As，μ为摩擦系数，ks＝1，γM3是安全系数，As是螺栓应力面积，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述校核竖向法兰与筒壁间焊缝的剪切强度，包括：
计算焊缝剪切流Tres，计算方法为
Figure BDA0002621665740000032
校核焊缝的强度，校核准则为TRes≤Fw,Rd，其中单位长度焊缝的设计剪切强度Fw,Rd的计算方法为Fw,Rd＝fvw,d·a，其中a为竖向法兰与筒壁的焊接厚度，fvw,d为焊缝的设计剪切强度，计算方法为
Figure BDA0002621665740000033
其中βw为焊接因子，fu是钢抗拉强度，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述校核竖向法兰的屈曲强度，包括：
计算法兰板的有效面积Ac,eff，计算方法为Ac,eff＝ρ·Ac，其中，Ac为横截面面积，ρ为板屈曲折减系数，计算方法为
Figure BDA0002621665740000034
其中，
Figure BDA0002621665740000035
其中kσ为屈曲因子，b是竖向法兰板宽度，fy是板屈服强度，σcr是弹性临界板屈曲应力，
Figure BDA0002621665740000041
计算缩减因子ρc，计算方法为ρc＝(ρ-χc)·ξ·(2-ξ)+χc，其中，
Figure BDA0002621665740000042
χc是由柱屈曲引起的折减系数，χc的计算公式为
Figure BDA0002621665740000043
其中，
Figure BDA0002621665740000044
α为缺陷系数，屈曲长细比等级
Figure BDA0002621665740000045
弹性临界柱屈曲应力
Figure BDA0002621665740000046
屈曲长度a＝0.6·p1，弹性临界板屈曲应力σcr,p＝σE·kσ，
Figure BDA0002621665740000047
E为弹性模量，ν为泊松比，其中p1为螺栓孔间距。
计算竖向法兰所受轴向力Ned，计算方法为
Figure BDA0002621665740000048
其中M为筒壁所受弯矩，W为抗弯截面模量，N为筒壁所受法向力，A为筒壁横截面面积。
屈曲安全系数γM0＝1。
校核竖向法兰的屈曲强度，校核准则为Ned·γM0≤fy·Ac,eff·ρc，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述校核竖向法兰与筒壁间的焊缝疲劳强度，包括：
确定筒壁与竖向法兰间角焊缝的疲劳等级。
计算焊缝的疲劳损伤及安全系数。
校核焊缝疲劳强度，校核准则为疲劳损伤≤1，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
第二方面，本发明实施例还提供了一种分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核系统，包括：
连接螺栓强度校核模块，用于校核剪切力作用下竖向法兰的连接螺栓的强度。
焊缝强度校核模块，用于校核竖向法兰与筒壁间的焊缝的强度。
屈曲强度校核模块，用于校核竖向法兰的屈曲强度。
焊缝疲劳强度校核模块，用于校核竖向法兰与筒壁间的焊缝疲劳强度。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述连接螺栓强度校核模块包括：
连接螺栓剪切力计算单元，用于计算连接螺栓所承受的剪切力。
剪切强度校核单元，用于校核连接螺栓的剪切强度，校核准则为连接螺栓所承受的剪切力不大于连接螺栓的剪切强度。
承压能力校核单元，用于校核连接螺栓孔的承压能力，校核准则为连接螺栓所承受的剪切力不大于连接螺栓孔的承压能力。
防滑性校核单元，用于校核连接螺栓的防滑性，校核准则为连接螺栓所承受的剪切力不大于极限滑移力。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述焊缝强度校核模块包括：
焊缝剪切流计算单元，用于计算焊缝剪切流。
焊缝强度比较单元，用于校核焊缝的强度，校核准则为焊缝剪切流不大于单位长度焊缝的设计剪切强度。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述屈曲强度校核模块包括：
有效面积计算单元，用于计算法兰板的有效面积。
缩减因子计算单元，用于计算缩减因子。
轴向力计算单元，用于计算法兰所受轴向力。
屈曲强度比较单元，用于校核竖向法兰的屈曲强度，校核准则为法兰所受轴向力与屈曲安全系数的乘积不大于板屈服强度、法兰板的有效面积与缩减因子的乘积。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述焊缝疲劳强度校核模块包括：
疲劳损伤计算单元，用于计算焊缝的疲劳损伤及安全系数。
疲劳强度比较单元，用于校核焊缝疲劳强度，校核准则为疲劳损伤≤1。
本发明实施例的有益效果是：
通过计算分片式塔筒及连接螺栓的各项强度指标，能够及时判断当前螺栓的各项强度是否满足安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统作进一步的详细描述。
图1为本发明分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法的流程图；
图2为本发明风力发电机组分片式塔筒俯视结构示意图；
图3为本发明风力发电机组分片式塔筒剖视结构示意图。
图中：1-竖向法兰；2-筒壁。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参照图1至图3，本发明的第一个实施例提供一种分片式塔筒竖向法兰1及连接螺栓强度的校核方法，包括：
校核剪切力作用下竖向法兰1的连接螺栓的强度。
校核竖向法兰1与筒壁2间的焊缝的强度。
校核竖向法兰1的屈曲强度。
校核竖向法兰1与筒壁2间的焊缝疲劳强度。
若上述各强度不符合相应的校核准则，则对应进行调整直至满足相应的校核准则。
本发明第一个实施例以某分片式塔筒其中一段的竖向法兰1及连接螺栓强度分析方法进行具体说明。
该分片式塔筒分为6片，片与片之间通过竖向法兰1采用螺栓进行连接，如图2所示。竖向法兰1及连接螺栓相关参数如下：螺栓规格为M27,10.9级，螺栓孔直径d0＝30mm，螺栓孔距离竖向法兰端面距离e1＝e2＝40mm，螺栓孔间距p1＝200mm,螺栓数目n＝104个，竖向法兰厚度t＝20mm，竖向法兰1宽度b＝115mm，竖向法兰1与筒壁2焊接厚度a＝7mm，该塔筒段段长L＝22000mm，塔筒直径d＝4300mm，塔筒壁厚t1＝20mm，螺栓屈服强度fyb＝900Mpa，螺栓抗拉强度fub＝1000Mpa，钢抗拉强度fu＝470Mpa。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述校核剪切力作用下竖向法兰1的连接螺栓的强度，包括：
计算连接螺栓所承受的剪切力Fv,ED,Res，计算方法为Fv,ED,Res＝|FFxy|+|FMz|＝60062N，其中，FFxy是由筒壁2所受极限载荷Fxy引起的剪切力，计算公式为
Figure BDA0002621665740000071
FMz是由筒壁2所受极限弯矩MZ引起的剪切力，其计算公式为
Figure BDA0002621665740000081
其中，Sy为截面面积矩，Iy为截面惯性矩，Wt为扭转截面模量，n是连接螺栓数量为104个，L是塔筒段的段长为22000mm，t是竖向法兰板厚度为20mm。
校核连接螺栓的剪切强度，校核准则为Fv,ED,Res≤Fv,RD，其中许用抗剪强度Fv,RD的计算方法为
Figure BDA0002621665740000082
其中，αv＝0.5是抗剪强度系数，γM2＝1.25是安全系数，fub为螺栓抗拉强度，As是螺栓应力面积，计算得
Figure BDA0002621665740000083
若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
校核连接螺栓孔的承压能力，校核准则为Fv,ED,Res≤Fb,RD，其中螺栓孔的承载力Fb,RD的计算方法为
Figure BDA0002621665740000084
其中
Figure BDA0002621665740000085
fu为钢抗拉强度，d是塔筒直径，k1是垂直载荷传递方向，计算方法为
Figure BDA0002621665740000086
ad是载荷传递方向，计算方法为
Figure BDA0002621665740000087
d0是螺栓孔直径为30mm，e1和e2分别是螺栓孔距离竖向法兰1两端面的距离均为40mm，计算得
Figure BDA0002621665740000088
若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
校核连接螺栓的防滑性，校核准则为Fv,ED,Res≤Fs,RD，其中极限滑移力Fs,RD的计算方法为
Figure BDA0002621665740000089
其中Fpc是螺栓的预紧力，对于10.9级高强度螺栓，计算方法为Fpc＝0.7·fub·As，μ为摩擦系数，其值为0.4，ks＝1，γM3＝1.25是安全系数，As是螺栓应力面积，计算得
Figure BDA0002621665740000091
若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述校核竖向法兰1与筒壁2间焊缝的剪切强度，包括：
计算焊缝剪切流Tres，计算方法为
Figure BDA0002621665740000092
校核焊缝的强度，校核准则为TRes≤Fw,Rd，其中单位长度焊缝的设计剪切强度Fw,Rd的计算方法为Fw,Rd＝fvw,d·a，其中a为竖向法兰1与筒壁2的焊接厚度为7mm，fvw,d为焊缝的设计剪切强度，计算方法为
Figure BDA0002621665740000093
其中βw为焊接因子，其值为0.9，钢抗拉强度fu＝470Mpa，计算得
Figure BDA0002621665740000094
若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述校核竖向法兰1的屈曲强度，包括：
计算法兰板的有效面积Ac,eff，计算方法为Ac,eff＝ρ·Ac，其中，Ac为横截面面积，ρ为板屈曲折减系数，计算方法为
Figure BDA0002621665740000095
其中，
Figure BDA0002621665740000096
其中kσ为屈曲因子，其值为0.43，b是竖向法兰1板宽度为115mm，fy是板屈服强度，σcr是弹性临界板屈曲应力，
Figure BDA0002621665740000097
计算得Ac,eff＝2300(mm2)。
计算缩减因子ρc，计算方法为ρc＝(ρ-χc)·ξ·(2-ξ)+χc，其中，
Figure BDA0002621665740000101
χc是由柱屈曲引起的折减系数，χc的计算公式为
Figure BDA0002621665740000102
其中，
Figure BDA0002621665740000103
α为缺陷系数，其值为0.49，屈曲长细比等级
Figure BDA0002621665740000104
弹性临界柱屈曲应力
Figure BDA0002621665740000105
屈曲长度a＝0.6·p1，弹性临界板屈曲应力σcr,p＝σE·kσ，
Figure BDA0002621665740000106
E为弹性模量，ν为泊松比，其中p1为螺栓孔间距为200mm。
计算竖向法兰1所受轴向力Ned，计算方法为
Figure BDA0002621665740000107
其中M＝50047.39KNm为筒壁2所受弯矩，W为抗弯截面模量，N＝2942.36KN为筒壁2所受法向力，A为筒壁横截面面积。
屈曲安全系数γM0＝1。
校核竖向法兰1的屈曲强度，校核准则为Ned·γM0≤fy·Ac,eff·ρc，计算得
Figure BDA0002621665740000108
若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述校核竖向法兰1与筒壁2间的焊缝疲劳强度，包括：
确定筒壁与竖向法兰1间角焊缝的疲劳等级。
计算焊缝的疲劳损伤及安全系数。
校核焊缝疲劳强度，校核准则为疲劳损伤≤1，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
请参照图1至图3，本发明的第二个实施例提供一种分片式塔筒竖向法兰1及连接螺栓强度的校核系统，包括：
连接螺栓强度校核模块，用于校核剪切力作用下竖向法兰1的连接螺栓的强度。
焊缝强度校核模块，用于校核竖向法兰1与筒壁2间的焊缝的强度。
屈曲强度校核模块，用于校核竖向法兰1的屈曲强度。
焊缝疲劳强度校核模块，用于校核竖向法兰1与筒壁2间的焊缝疲劳强度。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述连接螺栓强度校核模块包括：
连接螺栓剪切力计算单元，用于计算连接螺栓所承受的剪切力。
剪切强度校核单元，用于校核连接螺栓的剪切强度，校核准则为连接螺栓所承受的剪切力不大于连接螺栓的剪切强度。
承压能力校核单元，用于校核连接螺栓孔的承压能力，校核准则为连接螺栓所承受的剪切力不大于连接螺栓孔的承压能力。
防滑性校核单元，用于校核连接螺栓的防滑性，校核准则为连接螺栓所承受的剪切力不大于极限滑移力。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述焊缝强度校核模块包括：
焊缝剪切流计算单元，用于计算焊缝剪切流。
焊缝强度比较单元，用于校核焊缝的强度，校核准则为焊缝剪切流不大于单位长度焊缝的设计剪切强度。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述屈曲强度校核模块包括：
有效面积计算单元，用于计算法兰板的有效面积。
缩减因子计算单元，用于计算缩减因子。
轴向力计算单元，用于计算法兰所受轴向力。
屈曲强度比较单元，用于校核竖向法兰1的屈曲强度，校核准则为法兰所受轴向力与屈曲安全系数的乘积不大于板屈服强度、法兰板的有效面积与缩减因子的乘积。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述焊缝疲劳强度校核模块包括：
疲劳损伤计算单元，用于计算焊缝的疲劳损伤及安全系数。
疲劳强度比较单元，用于校核焊缝疲劳强度，校核准则为疲劳损伤≤1。
本发明实施例的有益效果是：
通过计算分片式塔筒及连接螺栓的各项强度指标，能够及时判断当前螺栓的各项强度是否满足安全性。
本发明实施例所提供的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法，从而能够及时判断当前螺栓的各项强度是否满足安全性。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法，其特征在于，包括：
校核剪切力作用下竖向法兰的连接螺栓的强度；
校核竖向法兰与筒壁间的焊缝的强度；
校核竖向法兰的屈曲强度；
校核竖向法兰与筒壁间的焊缝疲劳强度；
若上述各强度不符合相应的校核准则，则对应进行调整直至满足相应的校核准则。
2.根据权利要求1所述的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法，其特征在于，所述校核剪切力作用下竖向法兰的连接螺栓的强度，包括：
计算连接螺栓所承受的剪切力Fv,ED,Res，计算方法为Fv,ED,Res＝|FFxy|+|FMz|，其中，FFxy是由筒壁所受极限载荷Fxy引起的剪切力，计算公式为
Figure FDA0002621665730000011
FMz是由筒壁所受极限弯矩MZ引起的剪切力，其计算公式为
Figure FDA0002621665730000012
其中，Sy为截面面积矩，Iy为截面惯性矩，Wt为扭转截面模量，n是连接螺栓数量，L是塔筒段的段长，t是竖向法兰板厚度；
校核连接螺栓的剪切强度，校核准则为Fv,ED,Res≤Fv,RD，其中许用抗剪强度Fv,RD的计算方法为
Figure FDA0002621665730000013
其中，αv是抗剪强度系数，γM2是安全系数，fub为螺栓抗拉强度，As是螺栓应力面积，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则；
校核连接螺栓孔的承压能力，校核准则为Fv,ED,Res≤Fb,RD，其中螺栓孔的承载力Fb,RD的计算方法为
Figure FDA0002621665730000021
其中
Figure FDA0002621665730000022
fu为钢抗拉强度，d是塔筒直径，k1是垂直载荷传递方向，计算方法为
Figure FDA0002621665730000023
ad是载荷传递方向，计算方法为
Figure FDA0002621665730000024
d0是螺栓孔直径，e1和e2分别是螺栓孔距离竖向法兰两端面的距离，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则；
校核连接螺栓的防滑性，校核准则为Fv,ED,Res≤Fs,RD，其中极限滑移力Fs,RD的计算方法为
Figure FDA0002621665730000025
其中Fpc是螺栓的预紧力，计算方法为Fpc＝0.7·fub·As，μ为摩擦系数，ks＝1，γM3是安全系数，As是螺栓应力面积，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
3.根据权利要求2所述的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法，其特征在于，所述校核竖向法兰与筒壁间焊缝的剪切强度，包括：
计算焊缝剪切流Tres，计算方法为
Figure FDA0002621665730000026
校核焊缝的强度，校核准则为TRes≤Fw,Rd，其中单位长度焊缝的设计剪切强度Fw,Rd的计算方法为Fw,Rd＝fvw,d·a，其中a为竖向法兰与筒壁的焊接厚度，fvw,d为焊缝的设计剪切强度，计算方法为
Figure FDA0002621665730000027
其中βw为焊接因子，fu是钢抗拉强度，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
4.根据权利要求3所述的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法，其特征在于，所述校核竖向法兰的屈曲强度，包括：
计算法兰板的有效面积Ac,eff，计算方法为Ac,eff＝ρ·Ac，其中，Ac为横截面面积，ρ为板屈曲折减系数，计算方法为
Figure FDA0002621665730000031
其中，
Figure FDA0002621665730000032
其中kσ为屈曲因子，b是竖向法兰板宽度，fy是板屈服强度，σcr是弹性临界板屈曲应力，
Figure FDA0002621665730000033
计算缩减因子ρc，计算方法为ρc＝(ρ-χc)·ξ·(2-ξ)+χc，其中，
Figure FDA0002621665730000034
χc是由柱屈曲引起的折减系数，χc的计算公式为
Figure FDA0002621665730000035
其中，
Figure FDA0002621665730000036
α为缺陷系数，屈曲长细比等级
Figure FDA0002621665730000037
弹性临界柱屈曲应力
Figure FDA0002621665730000038
屈曲长度a＝0.6·p1，弹性临界板屈曲应力σcr,p＝σE·kσ，
Figure FDA0002621665730000039
E为弹性模量，ν为泊松比，其中p1为螺栓孔间距；
计算竖向法兰所受轴向力Ned，计算方法为
Figure FDA00026216657300000310
其中M为筒壁所受弯矩，W为抗弯截面模量，N为筒壁所受法向力，A为筒壁横截面面积；
屈曲安全系数γM0＝1；
校核竖向法兰的屈曲强度，校核准则为Ned·γM0≤fy·Ac,eff·ρc，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
5.根据权利要求1所述的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法，其特征在于，所述校核竖向法兰与筒壁间的焊缝疲劳强度，包括：
确定筒壁与竖向法兰间角焊缝的疲劳等级；
计算焊缝的疲劳损伤及安全系数；
校核焊缝疲劳强度，校核准则为疲劳损伤≤1，若不符合校核准则，则对应塔筒调整法兰或螺栓，直至满足该校核准则。
6.一种应用如权利要求1-5任一项所述的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核系统，其特征在于，包括：
连接螺栓强度校核模块，用于校核剪切力作用下竖向法兰的连接螺栓的强度；
焊缝强度校核模块，用于校核竖向法兰与筒壁间的焊缝的强度；
屈曲强度校核模块，用于校核竖向法兰的屈曲强度；
焊缝疲劳强度校核模块，用于校核竖向法兰与筒壁间的焊缝疲劳强度。
7.根据权利要求6所述的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核系统，其特征在于，所述连接螺栓强度校核模块包括：
连接螺栓剪切力计算单元，用于计算连接螺栓所承受的剪切力；
剪切强度校核单元，用于校核连接螺栓的剪切强度，校核准则为连接螺栓所承受的剪切力不大于连接螺栓的剪切强度；
承压能力校核单元，用于校核连接螺栓孔的承压能力，校核准则为连接螺栓所承受的剪切力不大于连接螺栓孔的承压能力；
防滑性校核单元，用于校核连接螺栓的防滑性，校核准则为连接螺栓所承受的剪切力不大于极限滑移力。
8.根据权利要求6所述的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核系统，其特征在于，所述焊缝强度校核模块包括：
焊缝剪切流计算单元，用于计算焊缝剪切流；
焊缝强度比较单元，用于校核焊缝的强度，校核准则为焊缝剪切流不大于单位长度焊缝的设计剪切强度。
9.根据权利要求6所述的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核系统，其特征在于，所述屈曲强度校核模块包括：
有效面积计算单元，用于计算法兰板的有效面积；
缩减因子计算单元，用于计算缩减因子；
轴向力计算单元，用于计算法兰所受轴向力；
屈曲强度比较单元，用于校核竖向法兰的屈曲强度，校核准则为法兰所受轴向力与屈曲安全系数的乘积不大于板屈服强度、法兰板的有效面积与缩减因子的乘积。
10.根据权利要求6所述的分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核系统，其特征在于，所述焊缝疲劳强度校核模块包括：
疲劳损伤计算单元，用于计算焊缝的疲劳损伤及安全系数；
疲劳强度比较单元，用于校核焊缝疲劳强度，校核准则为疲劳损伤≤1。
CN202010785126.XA 2020-08-06 2020-08-06 分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统 Active CN112084586B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010785126.XA CN112084586B (zh) 2020-08-06 2020-08-06 分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010785126.XA CN112084586B (zh) 2020-08-06 2020-08-06 分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112084586A true CN112084586A (zh) 2020-12-15
CN112084586B CN112084586B (zh) 2024-05-14

Family

ID=73734873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010785126.XA Active CN112084586B (zh) 2020-08-06 2020-08-06 分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112084586B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113283038A (zh) * 2021-07-21 2021-08-20 江铃汽车股份有限公司 一种螺栓安全系数校核仿真方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103440386A (zh) * 2013-09-06 2013-12-11 南车株洲电力机车研究所有限公司 风力发电机偏航系统驱动力矩计算系统及其方法
DE102013011479A1 (de) * 2013-02-07 2014-08-07 E.N.O. Energy Systems Gmbh Flanschverbindung für Bauelemente eines Turmes und Verfahren zum Verbinden von Bauelementen eines Turmes
CN106438215A (zh) * 2016-10-08 2017-02-22 霍尔果斯新国金新能源科技有限公司 用于风力发电机的塔筒
CN206054198U (zh) * 2016-09-06 2017-03-29 广东明阳风电产业集团有限公司 一种风力发电机塔筒结构
CN106570326A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 许继集团有限公司 一种l型法兰连接螺栓疲劳强度校核的计算方法及装置
US20170122292A1 (en) * 2014-04-25 2017-05-04 Vestas Wind Systems A/S Tower section production process
CN206158925U (zh) * 2016-11-10 2017-05-10 广东明阳风电产业集团有限公司 一种分片式风力发电塔筒
CN106762444A (zh) * 2017-01-22 2017-05-31 北京金风科创风电设备有限公司 塔筒片体、塔筒段、塔筒及其制造方法
CN108035852A (zh) * 2017-10-26 2018-05-15 许继集团有限公司 塔筒分段、组合式塔筒及风力发电机组
CN108268685A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 北京金风科创风电设备有限公司 L型法兰及其设计方法
CN108708831A (zh) * 2018-05-16 2018-10-26 南京风电科技有限公司 风力发电机组塔筒及塔筒构建方法
CN109241546A (zh) * 2017-07-10 2019-01-18 许继集团有限公司 一种风机塔筒连接法兰疲劳强度的校核方法
CN109707571A (zh) * 2018-12-07 2019-05-03 山东中车风电有限公司 基于频率控制的风电机组双曲线型塔筒设计方法及塔筒
CN110348151A (zh) * 2019-07-17 2019-10-18 国电联合动力技术有限公司 风电机组塔筒法兰连接螺栓设计方法及装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013011479A1 (de) * 2013-02-07 2014-08-07 E.N.O. Energy Systems Gmbh Flanschverbindung für Bauelemente eines Turmes und Verfahren zum Verbinden von Bauelementen eines Turmes
CN103440386A (zh) * 2013-09-06 2013-12-11 南车株洲电力机车研究所有限公司 风力发电机偏航系统驱动力矩计算系统及其方法
US20170122292A1 (en) * 2014-04-25 2017-05-04 Vestas Wind Systems A/S Tower section production process
CN206054198U (zh) * 2016-09-06 2017-03-29 广东明阳风电产业集团有限公司 一种风力发电机塔筒结构
CN106438215A (zh) * 2016-10-08 2017-02-22 霍尔果斯新国金新能源科技有限公司 用于风力发电机的塔筒
CN106570326A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 许继集团有限公司 一种l型法兰连接螺栓疲劳强度校核的计算方法及装置
CN206158925U (zh) * 2016-11-10 2017-05-10 广东明阳风电产业集团有限公司 一种分片式风力发电塔筒
CN108268685A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 北京金风科创风电设备有限公司 L型法兰及其设计方法
CN106762444A (zh) * 2017-01-22 2017-05-31 北京金风科创风电设备有限公司 塔筒片体、塔筒段、塔筒及其制造方法
CN109241546A (zh) * 2017-07-10 2019-01-18 许继集团有限公司 一种风机塔筒连接法兰疲劳强度的校核方法
CN108035852A (zh) * 2017-10-26 2018-05-15 许继集团有限公司 塔筒分段、组合式塔筒及风力发电机组
CN108708831A (zh) * 2018-05-16 2018-10-26 南京风电科技有限公司 风力发电机组塔筒及塔筒构建方法
CN109707571A (zh) * 2018-12-07 2019-05-03 山东中车风电有限公司 基于频率控制的风电机组双曲线型塔筒设计方法及塔筒
CN110348151A (zh) * 2019-07-17 2019-10-18 国电联合动力技术有限公司 风电机组塔筒法兰连接螺栓设计方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
骆伟程: ""装配式内加劲风力机塔筒称承载性能研究‘", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》, no. 2, pages 43 - 50 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113283038A (zh) * 2021-07-21 2021-08-20 江铃汽车股份有限公司 一种螺栓安全系数校核仿真方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112084586B (zh) 2024-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Experimental study on the collapse strength of wide stiffened panels
US8689637B2 (en) Fracture analysis method, device, and program for spot welded portion, and computer-readable recording medium
JP4743112B2 (ja) スポット溶接構造体の疲労寿命予測方法
Manuel Gordo et al. Compressive tests on long continuous stiffened panels
Saad-Eldeen et al. Experimental strength assessment of thin steel plates with a central elongated circular opening
CN105260574A (zh) 一种基于临界面法疲劳破坏准则的高周多轴疲劳寿命预测方法
Xu et al. Experimental study on the collapse strength of narrow stiffened panels
Sha et al. Local and global responses of a floating bridge under ship–girder collisions
CN112084586A (zh) 分片式塔筒竖向法兰及连接螺栓强度的校核方法及系统
CN108108522A (zh) 一种加筋壁板极限载荷计算修正方法
Jain et al. Postyield cyclic buckling criteria for aluminum shear panels
Topkaya et al. A comparative study of AISC-360 and EC3 strength limit states
Veritas Buckling strength of shells
Ji et al. Fatigue assessment of flange connections in offshore wind turbines under the initial flatness divergence
Sobrinho et al. A comprehensive assessment of curling effects in stainless steel bolted connections
Gordo et al. Experimental evaluation of the ultimate bending moment of a slender thin-walled box girder
KR101517550B1 (ko) 보강판 구조물의 구조강도평가를 위한 다이어그램 도출방법
Dong et al. Research on Mechanical Properties and Parameter Identification of Beam‐Column Joint with Gusset Plate Angle Using Experiment and Stochastic Sensitivity Analysis
Vijay et al. Numerical Investigation and Comparison of Stress Concentration Factor in Threaded Bolts
Ekeberg et al. Predicting, measuring and implementing friction and bending stresses in dynamic umbilical design
CN113849937B (zh) 一种由附加力矩引起的螺栓应力计算方法、设备及存储介质
Wei et al. The application of steel structure in civil engineering
Merah et al. Combined effects of tube projection, initial tube-tubesheet clearance, and tube material strain hardening on rolled joint strength
Bozca Systematic investigation of stresses in concentrically clamped bolted joints using the finite element method
Tran et al. Improving Structural Safety of L-Type Flange Joint for Wind Towers. Energies 2022, 15, 8967

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant