申请/专利权人：北京万源工业有限公司

申请日：2017-10-31

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109726411B

主分类号：G06F30/23

分类号：G06F30/23;G06F30/17;G06F119/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.05.31#实质审查的生效;2019.05.07#公开

摘要：本发明属于风力机机舱结构疲劳强度计算技术领域，具体涉及一种风力机机舱结构疲劳强度的计算方法，目的为了使风力机机舱结构疲劳校核更加准确可靠，克服以往计算过程中疲劳强度影响因子考虑不全、疲劳损伤计算不准确等问题，通过有限元分析方法得到单位载荷分量和发电机重力工况应力结果，结合疲劳时序得到应力时序，再经过雨流计数法得到应力谱，然后建立材料不同应力比下的S‑N曲线族，最后采用Miner线性累计损伤理论来计算最终损伤。其特征在于：它包括应力谱的确定；计算材料不同应力比下的S‑N曲线族；机舱结构疲劳强度校核。本发明更精确、更贴合实际载荷工况条件，更能准确的分析风力机机舱结构疲劳损伤，提高风电机组设备运行的安全性和可靠性。

主权项：1.一种风力机机舱结构疲劳强度的计算方法，包括如下步骤：步骤一：应力谱的确定首先就是要得到载荷与零件应力之间的线性关系；采用有限元分析方法来计算，即利用结构单位载荷和发电机重力载荷下的有限元计算结果与时间载荷历程的线性乘积来计算应力时间历程，风力机机舱结构的应力公式如下：σxt＝SxFx*Fxt+SxFy*Fyt+SxFz*Fzt+SxMx*Mxt+SxMy*Myt+SxMz*Mzt+SxGσyt＝SyFx*Fxt+SyFy*Fyt+SyFz*Fzt+SyMx*Mxt+SyMy*Myt+SyMz*Mzt+SyGσzt＝SzFx*Fxt+SzFy*Fyt+SzFz*Fzt+SzMx*Mxt+SzMy*Myt+SzMz*Mzt+SzGτxyt＝SxyFx*Fxt+SxyFy*Fyt+SxyFz*Fzt+SxyMx*Mxt+SxyMy*Myt+SxyMz*Mzt+SxyGτyzt＝SyzFx*Fxt+SyzFy*Fyt+SyzFz*Fzt+SyzMx*Mxt+SyzMy*Myt+SyzMz*Mzt+SyzGτxzt＝SxzFx*Fxt+SxzFy*Fyt+SxzFz*Fzt+SxzMx*Mxt+SxzMy*Myt+SxzMz*Mzt+SxzG其中：σx、σy、σz、τxy、τyz、τxz为应力分量；Fxt、Fyt、Fzt、Mxt、Myt、Mzt是时间载荷历程分量；其他是有限元应力分量结果；通过Ncode软件采用雨流计数方法确定了每个应力循环的平均应力与应力范围，最终确定了应力谱，即平均应力、应力幅值以及循环次数一一对应的矩阵关系；步骤二：计算材料不同应力比下的S-N曲线族依据GL2010规范，确定相应材料的S-N曲线族，具体公式参照规范中第五章附录B中的内容；将所用公式都编入excel中呈现；其中结构壁厚按照最大厚度输入，材料抗拉强度和屈服强度满足国家标准；粗糙度、质量级别以及探伤方法满足国家标准，为得到不同应力比下S-N曲线，应力比取值：0.5，0.25，0，-0.5，-1，-2；最终得到机舱结构材料不同应力比下的S-N曲线族；步骤三：机舱结构疲劳强度校核结合根据规范合成的材料S-N曲线族，通过雨流计数法将应力谱转化为各应力水平下的全循环次数统计，得到雨流矩阵，与材料S-N曲线族比较，没在应力比曲线上的通过相邻曲线插值计算，分别采用绝对值最大主应力法，带符号的mises应力法以及临界平面法来提取机舱结构中不同种类的应力，最终计算出损伤值；按照疲劳累计损伤理论进行疲劳寿命计算，采用的疲劳算法是Miner线性累计损伤理论；总的疲劳损伤为： 其中di－第i级载荷作用下的损伤；m－载荷谱中载荷级别总数；ni－第i级载荷的作用次数；Ni－第i级载荷的许用作用次数。

全文数据：风力机机舱结构疲劳强度的计算方法技术领域本发明属于风力机机舱结构疲劳强度计算技术领域，具体涉及一种风力机机舱结构疲劳强度的计算方法。背景技术机舱结构是永磁直驱风力发电机组中最关键和承载最复杂的部件之一，其设计可靠性直接影响到机组运行的安全性。在过去十几年国内外发生的上百起风电事故中，很大部分的风电事故是由于疲劳破坏导致的。风力机设计寿命通常为20年，在设计寿命内必须承受由交变载荷产生的交变应力以及可能产生的疲劳破坏，因此必须对风力发电机组的安全性和可靠性做一个科学规范的计算校核。以往对风力机机舱结构进行疲劳强度分析时，对于影响其结构疲劳强度性能因素考虑不全面，外载荷仅考虑轮毂中心固定坐标系下载荷，SN曲线仅采用一条标准试样的SN曲线，这样计算的结果不准确不可靠。发明内容本发明的目的为了使风力机机舱结构疲劳校核更加准确可靠，克服以往计算过程中疲劳强度影响因子考虑不全、疲劳损伤计算不准确等问题，通过有限元分析方法得到单位载荷分量和发电机重力载荷下应力结果，结合疲劳时序得到应力时序，再经过雨流计数法得到应力谱，然后建立材料不同应力比下的S-N曲线族，最后采用Miner线性累计损伤理论来计算最终损伤。本发明是这样实现的：一种风力机机舱结构疲劳强度的计算方法，具体包括如下步骤：步骤一：应力谱的确定首先就是要得到载荷与零件应力之间的线性关系；采用有限元分析方法来计算，即利用结构单位载荷和发电机重力载荷的有限元计算结果与时间载荷历程的线性乘积来计算应力时间历程，风力机机舱结构的应力公式如下：σxt＝SxFx*Fxt+SxFy*Fyt+SxFz*Fzt+SxMx*Mxt+SxMy*Myt+SxMz*Mzt+SxGσyt＝SyFx*Fxt+SyFy*Fyt+SyFz*Fzt+SyMx*Mxt+SyMy*Myt+SyMz*Mzt+SyGσzt＝SzFx*Fxt+SzFy*Fyt+SzFz*Fzt+SzMx*Mxt+SzMy*Myt+SzMz*Mzt+SzGτxyt＝SxyFx*Fxt+SxyFy*Fyt+SxyFz*Fzt+SxyMx*Mxt+SxyMy*Myt+SxyMz*Mzt+SxyGτyzt＝SyzFx*Fxt+SyzFy*Fyt+SyzFz*Fzt+SyzMx*Mxt+SyzMy*Myt+SyzMz*Mzt+SyzGτxzt＝SxzFx*Fxt+SxzFy*Fyt+SxzFz*Fzt+SxzMx*Mxt+SxzMy*Myt+SxzMz*Mzt+SxzG其中：σx、σy、σz、τxy、τyz、τxz为应力分量；Fxt、Fyt、Fzt、Mxt、Myt、Mzt是时间载荷历程分量；其他是有限元应力分量结果；通过Ncode软件采用雨流计数方法确定了每个应力循环的平均应力与应力范围，最终确定了应力谱，即平均应力、应力幅值以及循环次数一一对应的矩阵关系；步骤二：计算材料不同应力比下的S-N曲线族依据GL2010规范，确定相应材料的S-N曲线族，具体公式参照规范中第五章附录B中的内容；将所用公式都编入excel中呈现；其中结构壁厚按照最大厚度输入，材料抗拉强度和屈服强度参照附件相关标准；粗糙度、质量级别以及探伤方法参照相关标准，为得到不同应力比下S-N曲线，应力比取值：0.5，0.25，0，-0.5，-1，-2等；最终得到机舱结构材料不同应力比下的S-N曲线族，如图1所示；步骤三：机舱结构疲劳强度校核结合根据规范合成的材料S-N曲线族，通过雨流计数法将应力谱转化为各应力水平下的全循环次数统计，得到雨流矩阵，与材料S-N曲线族比较，没在应力比曲线上的通过相邻曲线插值计算，分别采用绝对值最大主应力法，带符号的mises应力法以及临界平面法来提取机舱结构中不同种类的应力，最终计算出损伤值；按照疲劳累计损伤理论进行疲劳寿命计算，采用的疲劳算法是Miner线性累计损伤理论；总的疲劳损伤为：其中di－第i级载荷作用下的损伤；m－载荷谱中载荷级别总数；ni－第i级载荷的作用次数；Ni－第i级载荷的许用作用次数。本发明的有益效果是：以往对风力机机舱结构进行疲劳强度分析时，对于影响其结构疲劳强度性能因素考虑不全面，外载荷仅考虑轮毂中心固定坐标系下载荷，SN曲线仅采用一条标准试样的SN曲线，这样计算的结果不准确不可靠。本发明不仅考虑外部风载荷，还考虑发电机重力影响，使用能明确代表机舱结构材料的多应力比下S-N曲线族，最后通过绝对值最大主应力法，带符号的mises应力法以及临界平面法来计算机舱结构疲劳损伤。更精确、更贴合实际载荷工况条件，更能准确的分析风力机机舱结构疲劳损伤，提高风电机组设备运行的安全性和可靠性。附图说明图1是多应力比S-N曲线族。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。一种风力机机舱结构疲劳强度的计算方法，包括如下步骤：步骤一：应力谱的确定线性疲劳指在零部件应力大小随外载大小线性变化的条件下由载荷时间序列导致的疲劳。风力机机舱结构疲劳就属于这类疲劳。首先就是要得到载荷与零件应力之间的线性关系。一般采用有限元分析方法来计算，即利用结构单位载荷和发电机重力载荷下的有限元计算结果与时间载荷历程的线性乘积来计算应力时间历程，风力机机舱结构的应力公式如下计算公式由本人依据具体工况编制。σxt＝SxFx*Fxt+SxFy*Fyt+SxFz*Fzt+SxMx*Mxt+SxMy*Myt+SxMz*Mzt+SxGσyt＝SyFx*Fxt+SyFy*Fyt+SyFz*Fzt+SyMx*Mxt+SyMy*Myt+SyMz*Mzt+SyGσzt＝SzFx*Fxt+SzFy*Fyt+SzFz*Fzt+SzMx*Mxt+SzMy*Myt+SzMz*Mzt+SzGτxyt＝SxyFx*Fxt+SxyFy*Fyt+SxyFz*Fzt+SxyMx*Mxt+SxyMy*Myt+SxyMz*Mzt+SxyGτyzt＝SyzFx*Fxt+SyzFy*Fyt+SyzFz*Fzt+SyzMx*Mxt+SyzMy*Myt+SyzMz*Mzt+SyzGτxzt＝SxzFx*Fxt+SxzFy*Fyt+SxzFz*Fzt+SxzMx*Mxt+SxzMy*Myt+SxzMz*Mzt+SxzG其中：σx、σy、σz、τxy、τyz、τxz为应力分量；Fxt、Fyt、Fzt、Mxt、Myt、Mzt是时间载荷历程分量；其他是有限元应力分量结果。通常采用循环计数法确定疲劳载荷谱。目前可用于循环计数的方法有几十种之多，其中应用最广泛的是雨流计数法。这种方法有充分的力学依据和很高的准确性，通过Ncode软件采用雨流计数方法确定了每个应力循环的平均应力与应力范围，最终确定了应力谱，即平均应力、应力幅值以及循环次数一一对应的矩阵关系。步骤二：计算材料不同应力比下的S-N曲线族依据GL2010规范，确定相应材料的S-N曲线族，具体公式参照规范中第五章附录B中的内容，为了方便计算，将所用公式都编入excel中呈现。其中结构壁厚按照最大厚度输入，材料抗拉强度和屈服强度参照附件相关标准；粗糙度、质量级别以及探伤方法参照相关标准，为得到不同应力比下S-N曲线，应力比取值：0.5，0.25，0，-0.5，-1，-2等。最终得到机舱结构材料不同应力比下的S-N曲线族，如图1所示。步骤三：机舱结构疲劳强度校核结合根据规范合成的材料S-N曲线族，通过雨流计数法将应力谱转化为各应力水平下的全循环次数统计，得到雨流矩阵，与材料S-N曲线族比较，没在应力比曲线上的通过相邻曲线插值计算，分别采用绝对值最大主应力法，带符号的mises应力法以及临界平面法来提取机舱结构中不同种类的应力，最终计算出损伤值。按照疲劳累计损伤理论进行疲劳寿命计算，采用的疲劳算法是Miner线性累计损伤理论。总的疲劳损伤为：其中di－第i级载荷作用下的损伤；m－载荷谱中载荷级别总数；ni－第i级载荷的作用次数；Ni－第i级载荷的许用作用次数。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。

权利要求：1.一种风力机机舱结构疲劳强度的计算方法，包括如下步骤：步骤一：应力谱的确定首先就是要得到载荷与零件应力之间的线性关系；采用有限元分析方法来计算，即利用结构单位载荷和发电机重力载荷下的有限元计算结果与时间载荷历程的线性乘积来计算应力时间历程，风力机机舱结构的应力公式如下：σxt＝SxFx*Fxt+SxFy*Fyt+SxFz*Fzt+SxMx*Mxt+SxMy*Myt+SxMz*Mzt+SxGσyt＝SyFx*Fxt+SyFy*Fyt+SyFz*Fzt+SyMx*Mxt+SyMy*Myt+SyMz*Mzt+SyGσzt＝SzFx*Fxt+SzFy*Fyt+SzFz*Fzt+SzMx*Mxt+SzMy*Myt+SzMz*Mzt+SzGτxyt＝SxyFx*Fxt+SxyFy*Fyt+SxyFz*Fzt+SxyMx*Mxt+SxyMy*Myt+SxyMz*Mzt+SxyGτyzt＝SyzFx*Fxt+SyzFy*Fyt+SyzFz*Fzt+SyzMx*Mxt+SyzMy*Myt+SyzMz*Mzt+SyzGτxzt＝SxzFx*Fxt+SxzFy*Fyt+SxzFz*Fzt+SxzMx*Mxt+SxzMy*Myt+SxzMz*Mzt+SxzG其中：σx、σy、σz、τxy、τyz、τxz为应力分量；Fxt、Fyt、Fzt、Mxt、Myt、Mzt是时间载荷历程分量；其他是有限元应力分量结果；通过Ncode软件采用雨流计数方法确定了每个应力循环的平均应力与应力范围，最终确定了应力谱，即平均应力、应力幅值以及循环次数一一对应的矩阵关系；步骤二：计算材料不同应力比下的S-N曲线族依据GL2010规范，确定相应材料的S-N曲线族，具体公式参照规范中第五章附录B中的内容；将所用公式都编入excel中呈现；其中结构壁厚按照最大厚度输入，材料抗拉强度和屈服强度参照附件相关标准；粗糙度、质量级别以及探伤方法参照相关标准，为得到不同应力比下S-N曲线，应力比取值：0.5，0.25，0，-0.5，-1，-2等；最终得到机舱结构材料不同应力比下的S-N曲线族，如图1所示；步骤三：机舱结构疲劳强度校核结合根据规范合成的材料S-N曲线族，通过雨流计数法将应力谱转化为各应力水平下的全循环次数统计，得到雨流矩阵，与材料S-N曲线族比较，没在应力比曲线上的通过相邻曲线插值计算，分别采用绝对值最大主应力法，带符号的mises应力法以及临界平面法来提取机舱结构中不同种类的应力，最终计算出损伤值；按照疲劳累计损伤理论进行疲劳寿命计算，采用的疲劳算法是Miner线性累计损伤理论；总的疲劳损伤为：其中di－第i级载荷作用下的损伤；m－载荷谱中载荷级别总数；ni－第i级载荷的作用次数；Ni－第i级载荷的许用作用次数。

百度查询： 北京万源工业有限公司 风力机机舱结构疲劳强度的计算方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD