一种风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法、系统及装置，属于风力发电技术领域。本发明专利技术对该有限元模型施加单位外载荷，根据施加单位外载荷后的有限元模型得到塔筒门框焊缝应力集中系数，拟合塔筒门框焊缝SN曲线，根据塔筒门框焊缝处的等效疲劳载荷、应力集中系数和SN曲线计算出疲劳极限循环次数，根据实际疲劳循环次数得到等效疲劳载荷，根据等效疲劳载荷对应的疲劳极限循环次数与该等效疲劳载荷对应的实际疲劳循环次数计算门框焊缝累积损伤，根据累积损伤的计算结果评估门框焊缝疲劳强度，减少了计算量以及数据处理，提高了焊缝的疲劳强度评估效率。高了焊缝的疲劳强度评估效率。高了焊缝的疲劳强度评估效率。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及一种风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法、系统及装置，属于风力发电


技术介绍

[0002]随着新能源领域的发展，风力发电技术正在飞速发展中。风力发电机机的重要支撑结构为钢制锥形塔筒，塔筒配置有塔门。钢制锥形塔筒主要承受机舱传递的重力及动态疲劳载荷，通常为了减小塔门位置的应力集中，需要在塔门的开口处焊接塔筒门框，但焊接结构在承受动态载荷时容易在焊趾位置发生疲劳破坏，进而导致风力发电机的的安全性无法保障。
[0003]塔筒门框焊缝的疲劳裂纹通常发生在筒壁侧焊趾，由于筒壁为环形曲面，结构及应力分布较为复杂，因此现有技术中通常采用有限元方法建立完整的塔门模型，然后基于有限元计算结果得到焊趾位置的热点应力，最后结合疲劳时序载荷及焊缝SN曲线采用临界平面算法进行焊缝的疲劳强度评估。但该方式计算流程复杂，需要进行大量数据处理，计算周期较长，对于焊缝的疲劳强度评估效率较低，导致无法满足快速定制化设计塔门的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法、系统及装置，用以解决现有技术中对风电机塔筒门框焊缝的疲劳强度评估效率低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
[0006]本专利技术的一种风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法，包括以下步骤：
[0007]1)构建含有门框的塔筒有限元模型，对该有限元模型施加单位外载荷，根据施加单位外载荷后的有限元模型得到塔筒门框焊缝应力集中系数；
[0008]2)根据设定的实际疲劳循环次数得到塔筒门框焊缝处的等效疲劳载荷，根据该等效疲劳载荷、应力集中系数和SN曲线计算出疲劳极限循环次数；
[0009]3)根据塔筒门框焊缝处的等效疲劳载荷、应力集中系数和SN曲线计算出疲劳极限循环次数，根据所述等效疲劳载荷获取实际疲劳循环次数；
[0010]4)根据等效疲劳载荷对应的疲劳极限循环次数与该等效疲劳载荷对应的实际疲劳循环次数计算门框焊缝累积损伤，根据累积损伤的计算结果评估门框焊缝疲劳强度，所述累积损伤为主导载荷分量下的累积损伤。
[0011]有益效果：本专利技术的塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法，采用有限元模型以及工程算法相结合的方式，充分考虑了塔筒门框焊缝疲劳计算过程中各个因素，基于塔筒门框焊缝位置的等效疲劳载荷、应力集中系数以及SN曲线得到疲劳极限循环次数，根据等效疲劳载荷对应的疲劳极限循环次数及实际循环次数计算门框焊缝累积损伤，进而根据累积损伤评估门框焊缝疲劳强度，基于等效疲劳载荷能够快速、准确的完成门框焊缝疲劳强度的评估，无需进行大量计算和大量的数据处理，提高了数据处理的效率，克服了现有技术中计算
流程复杂、大量数据处理、计算效率较低，造成无法满足根据风场载荷快速定制化设计塔门的缺陷。
[0012]进一步地，所述塔筒门框焊缝应力集中系数计算过程包括：根据施加了单位外载荷的有限元模型，计算焊趾处的热点应力值，并计算焊趾处的名义应力值，根据焊趾出的热点应力值与名义应力值的比值得到塔筒门框焊缝应力集中系数。
[0013]进一步地，所述步骤2)中的SN曲线拟合过程包括：根据设定的焊缝疲劳等级计算SN曲线拐点处的应力范围；计算塔筒壁厚修正系数，根据筒壁厚修正系数和材料附加安全系数修正该SN曲线拐点位置的应力范围，根据修正后的拐点以及斜率拟合焊缝的SN曲线。
[0014]有益效果：本专利技术在进行SN曲线拟合时，考虑了筒壁厚修正系数和材料附加安全系数，根据筒壁厚修正系数和材料附加安全系数修正该SN曲线拐点位置的应力范围，进而修正拐点，根据修正后的拐点以及斜率拟合焊缝的SN曲线，得到准确的SN曲线。
[0015]进一步地，疲劳极限循环次数计算公式为：
[0016][0017]式中σ
D
为修正后的SN曲线拐点位置的应力范围，M
yeqv
为等效疲劳载荷，σ
nor
为焊缝名义应力值，SCF为门框焊缝的应力集中系数，m取3或5。
[0018]有益效果：根据修正后的SN曲线拐点位置的应力范围、焊缝名义应力值和门框焊缝的应力集中系数计算得到的疲劳极限循环次数更加准确，所得结果更加符合实际。
[0019]进一步地，所述门框焊缝累积损伤为等效疲劳载荷对应的疲劳循环次数与该等效疲劳载荷对应的实际疲劳极限循环次数比值。
[0020]进一步地，所述有限元模型中的塔筒及门框采用单元划分网格，塔筒及门框的壁厚方向网格数量超过3层。
[0021]有益效果：有限元模型中的塔筒及门框采用单元划分网格，划分更加细腻，且塔筒及门框的壁厚方向网格数量超过3层，得到的有限元模型更加接近实物，在进行计算时得到的结果更加准确有效。
[0022]本专利技术的一种风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估系统，包括应力集中系数计算单元、SN曲线拟合单元和疲劳强度评估单元；
[0023]所述应力集中系数计算单元用于构建塔筒门框有限元模型，并施加单位外载荷给该有限元模型，根据施加单位外载荷后的有限元模型得到塔筒门框焊缝的应力集中系数；
[0024]所述SN曲线拟合单元用于根据塔筒门框焊缝SN曲线拐点位置的应力范围及该SN曲线的斜率，拟合塔筒门框焊缝SN曲线；
[0025]所述疲劳强度评估单元用于根据实际疲劳循环次数得到塔筒门框焊缝的等效疲劳载荷，根据该等效疲劳载荷、应力集中系数和SN曲线计算出疲劳极限循环次数，根据等效疲劳载荷对应的疲劳极限循环次数与该等效疲劳载荷对应的实际疲劳循环次数计算门框焊缝累积损伤，根据累积损伤的计算结果评估门框焊缝疲劳强度，所述累积损伤为主导载荷分量下的累积损伤。
[0026]有益效果：本专利技术的系统包括应力集中系数计算单元、SN曲线拟合单元和疲劳强度评估单元。三个单元相互结合进行应力集中系数、SN曲线、疲劳极限循环次数、实际疲劳循环次数及累积损伤等数据的处理，完成塔筒门框焊缝的疲劳强度评估，处理数据时充分
考虑了塔筒门框焊缝疲劳计算过程中各个因素，基于塔筒门框焊缝位置的等效疲劳载荷、应力集中系数以及SN曲线得到疲劳极限循环次数，根据等效疲劳载荷对应的疲劳极限循环次数及实际循环次数计算门框焊缝累积损伤，进而根据累积损伤评估门框焊缝疲劳强度，基于等效疲劳载荷能够快速、准确的完成门框焊缝疲劳强度的评估，无需进行大量计算和大量的数据处理，提高了数据处理的效率，克服了现有技术中计算流程复杂、大量数据处理、计算效率较低，造成无法满足根据风场载荷快速定制化设计塔门的缺陷。
[0027]进一步地，所述塔筒门框焊缝应力集中系数计算过程包括：根据施加了单位外载荷的有限元模型，计算焊趾处的热点应力值，并计算焊趾处的名义应力值，根据焊趾出的热点应力值与名义应力值的比值得到塔筒门框焊缝应力集中系数。
[0028]进一步地，所述步骤2)中的SN曲线拟合过程包括：根据设定的焊缝疲劳等级计算SN曲线拐点处的应力范围；计算塔筒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建含有门框的塔筒有限元模型，对该有限元模型施加单位外载荷，根据施加单位外载荷后的有限元模型得到塔筒门框焊缝应力集中系数；2)根据塔筒门框焊缝SN曲线拐点位置的应力范围以及该SN曲线的斜率，拟合塔筒门框焊缝SN曲线；3)根据设定的实际疲劳循环次数得到塔筒门框焊缝处的等效疲劳载荷，根据该等效疲劳载荷、应力集中系数和SN曲线计算出疲劳极限循环次数；4)根据等效疲劳载荷对应的疲劳极限循环次数与该等效疲劳载荷对应的实际疲劳循环次数计算门框焊缝累积损伤，根据累积损伤的计算结果评估门框焊缝疲劳强度，所述累积损伤为主导载荷分量下的累积损伤。2.根据权利要求1所述的风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法，其特征在于，所述塔筒门框焊缝应力集中系数计算过程包括：根据施加了单位外载荷的有限元模型，计算焊趾处的热点应力值，并计算焊趾处的名义应力值，根据焊趾出的热点应力值与名义应力值的比值得到塔筒门框焊缝应力集中系数。3.根据权利要求1所述的风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法，其特征在于，所述步骤2)中的SN曲线拟合过程包括：根据设定的焊缝疲劳等级计算SN曲线拐点处的应力范围；计算塔筒壁厚修正系数，根据筒壁厚修正系数和材料附加安全系数修正该SN曲线拐点位置的应力范围，根据修正后的拐点以及斜率拟合焊缝的SN曲线。4.根据权利要求3所述的风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法，其特征在于，疲劳极限循环次数计算公式为：式中σ
D
为修正后的SN曲线拐点位置的应力范围，M
yeqv
为等效疲劳载荷，σ
nor
为焊缝名义应力值，SCF为门框焊缝的应力集中系数，m取3或5。5.根据权利要求1所述的风电机塔筒门框焊缝疲劳强度评估方法，其特征在于，所述门框焊缝累积损伤为等效疲劳载荷对应的疲劳循环次数与该等效疲劳载荷对应的实际疲劳极限循环次数...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟令锐，何海建，王海，武愈振，杨扬，祝蕴龙，王卓，董姝言，
申请(专利权)人：国网冀北张家口风光储输新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：