[发明专利]一种用于风电机组轮毂的有限元计算建模方法

说明书

本发明提供一种用于风电机组轮毂的有限元计算建模方法，包括如下步骤：获取三维模型导入有限元软件进行前处理建立有限元模型；通过刚性域将主轴的轴承安装面节点耦合于几何中心并在耦合节点施加约束；建立变桨轴承‑轮毂和叶根‑变桨轴承的螺栓连接，并对螺栓施加预紧力；在叶根中心与叶根端面建立刚性连接，并在叶根中心加载载荷；采用简化切片模型，在滚动体有限接触长度范围内模拟滚子的刚度、游隙以及修型；通过刚度曲线对切片弹簧的间隙及修型进行数值补偿。克服现有轮毂有限元模型中变桨轴承接触角捕捉不准确，变桨齿轮啮合载荷传递不清晰，边界条件以及螺栓连接等对轮毂应力分布的影响，得到轮毂更加准确的应力分布。

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种用于风电机组轮毂的有限元计算建模方法。

背景技术

轮毂是风力发电机组中的重要零部件之一，轮毂的应力水平直接影响着风轮系统的安全性，而轮毂应力的计算是基于有限元进行。轮毂有限元模型包括轮毂、主轴、变桨轴承、叶根、变桨驱动等。建立正确的边界条件以及合理的接触关系直接关系着轮毂计算结果的准确性，正确的有限元建模方法才能体现出载荷传递的正确路径。

现有轮毂有限元模型中变桨轴承接触角捕捉不准确，变桨齿轮啮合载荷传递不清晰，边界条件以及螺栓连接等对轮毂应力分布产生影响，使得不能够精确的获得轮毂的引力分布。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种用于风电机组轮毂的有限元计算建模方法，克服现有轮毂有限元模型中变桨轴承接触角捕捉不准确，变桨齿轮啮合载荷传递不清晰，边界条件以及螺栓连接等对轮毂应力分布的影响，找到了载荷在风轮系统的正确传递方式，得到轮毂更加准确的应力分布。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种用于风电机组轮毂的有限元计算建模方法，包括如下步骤：

获取用于轮毂计算的三维模型；

将获取的三维模型导入有限元软件进行前处理建立有限元模型；

通过刚性域将主轴的轴承安装面节点耦合于几何中心，并在耦合节点施加约束；

建立变桨轴承-轮毂和叶根-变桨轴承的螺栓连接，并对螺栓施加预紧力；

在叶根中心与叶根端面建立刚性连接，并在叶根中心加载载荷；

将变桨轴承的内外圈建立实体建模；

采用简化切片模型，在滚动体有限接触长度范围内模拟滚子的刚度、游隙以及修型；

通过刚度曲线对切片弹簧的间隙及修型进行数值补偿；

然后提交计算。

进一步，所述获取用于轮毂计算的三维模型，包括轮毂、主轴、变桨轴承、变桨驱动、叶根以及连接螺栓的三维模型。

进一步，所述将获取的三维模型导入有限元软件进行前处理建立有限元模型，还包括，在建立有限元模型时保留主要的几何轮廓线，网格与几何轮廓保持一致。

进一步，在建模过程中，对于实体单元网格，在结构厚度方向上确保三层以上，其中对称结构采用对称网络，在结构变化大、曲面曲率变化大、载荷变化大以及不同材料的连接部位进行细化，在粗细网格之间保留足够的单元进行过渡。

进一步，在变桨轴承内齿圈和变桨电机齿轮的啮合建模中，考虑齿轮压力角，采用Combin39进行模拟。

进一步，所述建立变桨轴承-轮毂和叶根-变桨轴承的螺栓连接，包括采用Beam188单元建模螺栓，用MPC约束方程将螺栓与螺母和螺纹孔旋合段建立接触，并根据螺栓规格施加螺栓预紧力，其中接触面设置为标准接触。

进一步，所述在滚动体有限接触长度范围内模拟滚子的刚度、游隙以及修型，还包括采用Combin39单元模拟滚子的刚度、游隙以及修型。