[发明专利]风力机机舱结构疲劳强度的计算方法

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：σx(t)＝SxFx*Fx(t)+SxFy*Fy(t)+SxFz*Fz(t)+SxMx*Mx(t)+SxMy*My(t)+SxMz*Mz(t)+SxGσy(t)＝SyFx*Fx(t)+SyFy*Fy(t)+SyFz*Fz(t)+SyMx*Mx(t)+SyMy*My(t)+SyMz*Mz(t)+SyGσz(t)＝SzFx*Fx(t)+SzFy*Fy(t)+SzFz*Fz(t)+SzMx*Mx(t)+SzMy*My(t)+SzMz*Mz(t)+SzGτxy(t)＝SxyFx*Fx(t)+SxyFy*Fy(t)+SxyFz*Fz(t)+SxyMx*Mx(t)+SxyMy*My(t)+SxyMz*Mz(t)+SxyGτyz(t)＝SyzFx*Fx(t)+SyzFy*Fy(t)+SyzFz*Fz(t)+SyzMx*Mx(t)+SyzMy*My(t)+SyzMz*Mz(t)+SyzGτxz(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；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d_i－第i级载荷作用下的损伤；m－载荷谱中载荷级别总数；n_i－第i级载荷的作用次数；N_i－第i级载荷的许用作用次数。