疲劳损伤确定方法以及疲劳损伤确定装置制造方法及图纸

技术编号:18426627 阅读:43 留言:0更新日期:2018-07-12 02:04
本发明专利技术涉及一种疲劳损伤确定方法以及疲劳损伤确定装置。该方法包括获取焊缝的疲劳载荷,并根据所述焊缝所处的初始截面高度和所述初始等效疲劳载荷求出拟合函数的拟合参数;基于所述拟合参数和检测位置的截面高度,计算所述检测位置的等效疲劳载荷,并基于所述检测位置的所述等效疲劳载荷、塔架截面的抗弯模量以及SN曲线斜率的倒数,计算所述检测位置的累积疲劳损伤值。根据本发明专利技术,可以实现快速地确定塔架任意截面位置的疲劳损伤程度。

Fatigue damage determination method and fatigue damage determination device

The invention relates to a method for determining fatigue damage and a device for determining fatigue damage. The method includes obtaining the fatigue load of the weld and finding the fitting parameters of the fitting function according to the initial cross section height and the initial equivalent fatigue load at the weld, and calculate the equivalent fatigue load of the detection position based on the fitting parameters and the cross section height of the detection position, and based on the detected position. The equivalent fatigue load, the flexural modulus of the tower section and the reciprocal of the slope of the SN curve are used to calculate the cumulative fatigue damage values of the detection positions. According to the invention, the fatigue damage degree of the arbitrary section of the tower can be quickly determined.

【技术实现步骤摘要】
疲劳损伤确定方法以及疲劳损伤确定装置
本专利技术涉及疲劳损伤确定领域,具体涉及疲劳损伤确定方法以及疲劳损伤确定装置。
技术介绍
塔架是风电机组的主支撑部件,其顶端支撑着轮毂总成、发电机、底座等关键部件。塔架的重量约占风电机组总重量的50%,其成本约占风电机组制造成本的15%~20%。在其生命周期过程中,需要承受机舱的重量、风力的作用以及风电系统运行引起的各种载荷,而不会发生强度破坏、疲劳破坏和倾覆,因而需要考虑塔架组成部件的静强度、疲劳损伤和屈曲。由于塔架主体的不同截面上分布着大量的焊缝,因此在风力发电机领域中,塔架主体的焊缝疲劳损伤的计算是其中尤为重要的内容。
技术实现思路
在实际的工程问题中,经常由于运输等原因导致焊缝位置发生改变,此时原始的等效载荷无法使用,继而无法快速地对焊缝进行疲劳强度评估。现有技术中,如果塔架焊缝位置变化,则需要塔架组重新计算一轮载荷(周期长,最短几天,最长几周),待载荷计算完成后强度负责人员才能利用该载荷计算焊缝(包含新焊缝)位置处的疲劳,因此总的周期长,耗时多。本专利技术是鉴于上述情况而完成的,为了快速地对焊缝进行疲劳强度评估,本专利技术提出了一种风力发电机组的塔架焊缝疲劳损伤确定方法,所述方法包括:获取焊缝的初始等效疲劳载荷,并根据所述焊缝所处的初始截面高度和所述初始等效疲劳载荷求出拟合函数;基于所述拟合参数和检测位置的截面高度,计算所述检测位置的等效疲劳载荷,并基于所述检测位置的所述等效疲劳载荷、塔架截面的抗弯模量以及SN曲线斜率的倒数,计算所述检测位置的累积疲劳损伤值。在一些实施例中,所述拟合函数是二次函数。为了更精确地确定焊缝的疲劳损伤程度,所述疲劳损伤程度还包括:以拐点为基准,将SN曲线分为左段和右段,获取SN曲线的左段处的焊缝的疲劳载荷,并将SN曲线斜率的倒数设定为第一预定值,由此求出SN曲线的左段拟合函数,获取SN曲线的右段处的焊缝的疲劳载荷,并将SN曲线斜率的倒数设定为第二预定值,由此求出SN曲线的右段拟合函数。在一些实施例中,所述确定方法还包括:根据检测位置的截面高度和左段拟合函数,计算所述检测位置的左等效疲劳载荷;根据检测位置的截面高度和右段拟合函数,计算所述检测位置的右等效疲劳载荷。为了快速地对焊缝进行疲劳强度评估,本专利技术提出了一种风力发电机组的塔架焊缝疲劳损伤的确定装置,所述装置包括:拟合单元,获取焊缝的初始等效疲劳载荷,并根据所述焊缝所处的初始截面高度和所述初始等效疲劳载荷来求出拟合函数;以及运算单元,基于所述拟合参数和检测位置的截面高度,计算所述检测位置的等效疲劳载荷,并基于所述检测位置的所述等效疲劳载荷、塔架截面的抗弯模量以及SN曲线斜率的倒数,计算所述检测位置的累积疲劳损伤值。在一些实施例中,所述拟合单元包括:分类单元,以拐点为基准,将SN曲线分为左段和右段,获取SN曲线的左段处的焊缝的疲劳载荷,并将SN曲线斜率的倒数设定为第一预定值,由此求出SN曲线的左段拟合参数,获取SN曲线的右段处的焊缝的疲劳载荷,并将SN曲线斜率的倒数设定为第二预定值,由此求出SN曲线的右段拟合参数。在一些实施例中,所述运算单元还包括:子运算单元,根据检测位置的截面高度和左段拟合参数,计算所述检测位置的左等效疲劳载荷,根据检测位置的截面高度和右段拟合参数,计算所述检测位置的右等效疲劳载荷。在一些实施例中,所述运算单元还包括:累积运算单元,根据所述左等效疲劳载荷,计算所述检测位置的左累积疲劳损伤值,并根据所述右等效疲劳载荷,计算所述检测位置的右累积疲劳损伤值,相加左累积疲劳损伤值和右累积疲劳损伤值,得到累积疲劳损伤值。在本专利技术中,利用等效疲劳载荷从塔顶到塔底呈二次函数变化的特征,基于统计学理论得到相应的函数关系式。根据该函数关系可以得到塔架主体截面任意位置的等效疲劳载荷,可以有效解决塔架主体焊缝位置变化后疲劳强度是否满足的问题。由此,可以实现快速地确定塔架任意截面位置的疲劳损伤程度。附图说明通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述,本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中,相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。图1是示出塔架焊缝疲劳强度SN曲线图;图2是示出本专利技术的一个实施例的塔架主体焊缝的疲劳损伤确定方法的流程图;图3是示出等效疲劳载荷的拟合函数的曲线图;图4是示出本专利技术的另一个实施例的塔架主体焊缝的疲劳损伤确定方法的流程图;图5是示出本专利技术的其他实施例的塔架主体焊缝的疲劳损伤确定方法的流程图;图6是本专利技术的一个实施例的塔架主体焊缝的疲劳损伤确定装置的示意图;图7是本专利技术的另一个实施例的塔架主体焊缝的疲劳损伤确定装置的示意图;图8是本专利技术的其他实施例的塔架主体焊缝的疲劳损伤确定装置的示意图。具体实施例现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而,示例实施例能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施例;相反,提供这些实施例使得本专利技术更全面和完整,并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中,为了清晰,不一定是按比例描绘图中的组件。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构,因而将省略它们的详细描述。此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本专利技术的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本专利技术的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下,不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本专利技术的主要技术创意。在材料领域中,材料或构件受到多次重复变化的载荷作用后,即使最大的重复交变应力低于材料的屈服极限,经过一段时间的工作后,最后也会导致破坏,材料或结构的这种破坏就叫做疲劳破坏。材料科学揭示,由于制造过程中存在不可避免的缺陷,材料中的微裂纹总是存在的,特别是在焊缝处。这些微裂纹在交变应力作用下扩展和聚合,形成宏观裂纹,宏观裂纹的进一步扩展导致最后的破坏。当零件所受应力高于疲劳极限时,每一次载荷循环都对零件造成一定量的损伤,并且这种损伤是可以积累的;当损伤积累到临界值时,零件将发生疲劳破坏。在材料领域中,通常采用SN曲线(stressrange-numberofstresscyclesforfatigue,疲劳范围与应力循环次数之间关系的曲线)来计算材料的疲劳破坏程度。图1是示出塔架焊缝疲劳强度SN曲线图。SN曲线通常由两条直线构成,直线的交点是SN曲线的拐点。不同的零件,因形状不同,加工精度和热处理工艺也不尽相同,其SN曲线也不同。在实际操作中,经常由于运输等原因导致焊缝位置发生改变,此时原始的等效载荷无法使用,需要重新计算等效载荷,重新得出SN曲线,继而无法快速地对焊缝进行疲劳强度评估。专利技术人经过大量实验和研究发现,从塔顶到塔底,等效疲劳载荷呈二次函数变化的关系。在此基础上,利用实验数据和统计学理论,得到了两者的关系。专利技术人基于上述情况而完成了本专利技术的疲劳损伤确定方法以及疲劳损伤确定装置。下面结合图2至图4,对疲劳损伤确定方法进行详细的说明。图2是示出一个实施例的塔架主体焊缝的疲劳损伤确定方法的流程图。图3是示出等效疲劳载荷的拟合函数的曲线图。图4是示出本专利技术的另一个实施例的塔架主体焊缝的疲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组的塔架焊缝疲劳损伤确定方法,其特征在于,所述方法包括:获取焊缝的初始等效疲劳载荷,并根据所述焊缝所处的初始截面高度和所述初始等效疲劳载荷求出拟合函数的拟合参数;基于所述拟合参数和检测位置的截面高度,计算所述检测位置的等效疲劳载荷,并基于所述检测位置的所述等效疲劳载荷、塔架截面的抗弯模量以及SN曲线斜率的倒数,计算所述检测位置的累积疲劳损伤值。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的塔架焊缝疲劳损伤确定方法,其特征在于,所述方法包括:获取焊缝的初始等效疲劳载荷,并根据所述焊缝所处的初始截面高度和所述初始等效疲劳载荷求出拟合函数的拟合参数;基于所述拟合参数和检测位置的截面高度,计算所述检测位置的等效疲劳载荷,并基于所述检测位置的所述等效疲劳载荷、塔架截面的抗弯模量以及SN曲线斜率的倒数,计算所述检测位置的累积疲劳损伤值。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:根据所述累积疲劳损伤值,确定所述塔架的主体的所述检测位置的疲劳损伤程度。3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述拟合函数是二次函数。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:以拐点为基准,将SN曲线分为左段和右段,获取SN曲线的左段处的焊缝的疲劳载荷,并将SN曲线斜率的倒数设定为第一预定值,由此求出SN曲线的左段拟合参数,获取SN曲线的右段处的焊缝的疲劳载荷,并将SN曲线斜率的倒数设定为第二预定值,由此求出SN曲线的右段拟合参数。5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:根据检测位置的截面高度和左段拟合参数,计算所述检测位置的左等效疲劳载荷;根据检测位置的截面高度和右段拟合参数,计算所述检测位置的右等效疲劳载荷。6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述累积疲劳损伤值的计算还包括:根据所述左等效疲劳载荷,计算所述检测位置的左累积疲劳损伤值;根据所述右等效疲劳载荷,计算所述检测位置的右累积疲劳损伤值;相加左累积疲劳损伤值和右累积疲劳损伤值,得到累积疲劳损伤值。7.一种风力发电机组的塔架焊缝疲劳损伤确定装置,其特征在于,所述装置(1)包括:...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘朝丰楚小超马武福
申请(专利权)人:北京金风科创风电设备有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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