[发明专利]风力机机舱结构疲劳强度的计算方法

说明书

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。

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：

σx(t)＝SxFx*Fx(t)+SxFy*Fy(t)+SxFz*Fz(t)+SxMx*Mx(t)+SxMy*My(t)+SxMz*Mz(t)+SxG

σy(t)＝SyFx*Fx(t)+SyFy*Fy(t)+SyFz*Fz(t)+SyMx*Mx(t)+SyMy*My(t)+SyMz*Mz(t)+SyG

σz(t)＝SzFx*Fx(t)+SzFy*Fy(t)+SzFz*Fz(t)+SzMx*Mx(t)+SzMy*My(t)+SzMz*Mz(t)+SzG

τxy(t)＝SxyFx*Fx(t)+SxyFy*Fy(t)+SxyFz*Fz(t)+SxyMx*Mx(t)+SxyMy*My(t)+SxyMz*Mz(t)+SxyG

τyz(t)＝SyzFx*Fx(t)+SyzFy*Fy(t)+SyzFz*Fz(t)+SyzMx*Mx(t)+SyzMy*My(t)+SyzMz*Mz(t)+SyzG

τxz(t)＝SxzFx*Fx(t)+SxzFy*Fy(t)+SxzFz*Fz(t)+SxzMx*Mx(t)+SxzMy*My(t)+SxzMz*Mz(t)+SxzG

其中：σx、σy、σz、τxy、τyz、τxz为应力分量；Fx(t)、Fy(t)、Fz(t)、Mx(t)、My(t)、Mz(t)是时间载荷历程分量；其他是有限元应力分量结果；