一种风电机组塔架屈曲稳定性的预测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种风电机组塔架屈曲稳定性的预测方法及系统，包括：基于塔架各截面的受力参数计算塔架各截面的屈曲余量；利用构建的塔架门有限元模型计算塔架门截面的折减系数；基于所述各截面的屈曲余量和所述塔架门截面的折减系数得到所述塔架门截面的屈曲余量；基于所述风电机组塔架各截面的屈曲余量和所述塔架门截面的屈曲余量确定风电机组塔架的稳定性。本发明专利技术采用工程算法与有限元相结合的方式，快速准确的计算塔架屈曲稳定性，既提高了计算的准确性，又缩短了计算时间提高了工作效率，可为各主机厂提供技术服务，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组塔架屈曲稳定性的预测方法及系统
本专利技术涉及风电机组领域，具体涉及一种风电机组塔架屈曲稳定性的预测方法及系统。
技术介绍
现代大型风电机组塔架采用薄壁型圆柱结构，高度在100m左右，底部直径在5m左右，壁厚不到直径的1/100，属于典型的细长薄壁结构。在实际应用中，风电机组塔架底部固定，顶部自由并且承受机舱和风轮的重力和风载，该结构形式容易发生失稳。随着风电机组单机容量的不断增大，重量和外形尺寸随之增大，塔架的高度也在随之增加，作用在塔架上的重力载荷和气动载荷更加明显。风电机组塔架的稳定与安全是风电机组安全运行的保障，因此对风电机组稳定性方面的研究一直受到广泛关注。在结构屈曲稳定性研究方面，经典的固体力学在柱壳屈曲方面形成了丰富的理论成果。20世纪初期，研究者们应用线性理论获得了一些柱壳的理论成果，给出了著名的轴压柱壳和外压球壳失稳的临界载荷公式。1934年，Donnell应用非线性大扰度理论，建立了非线性柱壳大扰度方程。风电机组塔架属于细长的薄壁结构，顶部支撑着较大质量的机舱和风轮，屈曲是结构的主要破坏形式。Seung-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电机组塔架屈曲稳定性的预测方法，其特征在于，包括：/n基于塔架各截面的受力参数计算塔架各截面的屈曲余量；/n利用构建的塔架门有限元模型计算塔架门截面的折减系数；/n基于所述各截面的屈曲余量和所述塔架门截面的折减系数得到所述塔架门截面的屈曲余量；/n基于所述风电机组塔架各截面的屈曲余量和所述塔架门截面的屈曲余量确定风电机组塔架的稳定性。/n

【技术特征摘要】
1.一种风电机组塔架屈曲稳定性的预测方法，其特征在于，包括：
基于塔架各截面的受力参数计算塔架各截面的屈曲余量；
利用构建的塔架门有限元模型计算塔架门截面的折减系数；
基于所述各截面的屈曲余量和所述塔架门截面的折减系数得到所述塔架门截面的屈曲余量；
基于所述风电机组塔架各截面的屈曲余量和所述塔架门截面的屈曲余量确定风电机组塔架的稳定性。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于塔架各截面的受力参数计算塔架各截面的屈曲余量，包括：
基于塔架各截面所受的力矩、重力、抗弯截面刚度、截面面积、剪切力和扭矩计算所述塔架各截面的总的压应力和总的剪应力；
基于塔架各截面的壁厚和半径分别计算塔架各截面的轴向理想屈曲应力和剪切理想屈曲应力；
基于所述塔架各截面的轴向理想屈曲应力和剪切理想屈曲应力计算极限屈曲应力；
基于所述塔架各截面的总的压应力、总的剪应力和所述极限屈曲应力计算所述塔架各截面的屈曲余量。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述塔架各截面的总的压应力按下式计算：

σ

x=

σ

x,m
+σx,p
式中：σx为塔架各截面的总的压应力；σx,m为主力矩产生的应力；σx,m=M∕Wb；M为主力矩；Wb为抗弯截面刚度；σx,p为重力产生的应力；；A为截面面积；P为重力；
所述塔架各截面的总的剪应力按下式计算：

τ=τv+τt
式中：τ为塔架各截面的总的剪应力；τv为剪切力产生的剪应力；，V为剪切力；τt为扭矩产生的剪应力；，Wt为扭转截面刚度；Mt为扭矩。


4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述塔架各截面的轴向理想屈曲应力，按下式计算：



式中：σx,Rct为塔架各截面的轴向理想屈曲；E：钢的弹性模量；Cx为轴向系数；t为塔架截面的壁厚；r为塔架截面的半径；
其中，轴向系数Cx的取值包括：
当ω≤1.7时，所述塔架为短杆，则；
当，所述塔架为中杆，则Cx=1.0；
当，所述塔架为长杆，则Cx取0.6和中数值较大的一
方；
当、且时，则；
式中：ω为无量纲参数；Cxb为支撑形式参数；Cx,N为标准轴向系数；fyk为材料的屈服强度；σx,p为重力产生的应力；σx为塔架各截面的总的压应力；σx,m为主力矩产生的应力。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，计算所述塔架各截面的轴向理想屈曲应力之前，需根据塔架截面的壁厚、塔架截面的半径和塔架材料的屈服强度进行判断：
当满足时，则不进行轴向屈曲应力计算，否则计算所述塔架各截面的轴
向理想屈曲应力；
其中fyk为材料的屈服强度。


6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述塔架各截面的剪切理想屈曲应力，按下式计算：



其中：τxθ,Rcr为塔架各截面的剪切理想屈曲应力；Cτ：剪切系数；E：钢的弹性模量；ω为无量纲参数；t：塔架截面的壁厚；r：塔架截面的半径；
其中，剪切系数Cτ的取值包括：
当ω<20时，所述塔架为短杆，则；
当，所述塔架为中杆，则Cτ=1.0；
当，所述塔架为长杆，则。


7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，计算所述塔架各...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵娜，秦世耀，王瑞明，薛扬，付德义，贾海坤，王安庆，龚利策，李松迪，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11