法兰螺栓的随机应力谱获取方法技术

本发明专利技术公开了法兰螺栓的随机应力谱获取方法，包括以下步骤：在风机塔筒安装对应变模组，应变模组采集信息并反馈给动态应变采集仪，得到若干对动态应变数据；动态应变数据转换为应力，差值计算得到若干个表面应力；建立有限元模型，得到风机塔筒模型，并划分网格单元；通过表面应力计算得到应力值与角度关系方程，并施加于对风机塔筒模型，然后仿真分析；根据一个所述仿真分析结果，结合截面法原理，得到法兰螺栓截面内力；所述仿真分析结果与法兰螺栓截面内力之间存在线性关系，得到截面应力线性关系式；将截面应力线性关系式和风机塔筒的预紧应力结合，得到随机应力谱。本发明专利技术解决传感器数量众多且传感器损坏需要拆除法兰螺栓的难题。栓的难题。栓的难题。

【技术实现步骤摘要】
法兰螺栓的随机应力谱获取方法


[0001]本专利技术涉及结构监测技术和仿真分析的
，尤其涉及法兰螺栓的随机应力谱获取方法。

技术介绍

[0002]风电法兰螺栓作为重要塔筒的重要连接部件，目前由于法兰螺栓数量众多监测成本过高对其受力情况的了解大多是以规范推荐和理论计算为主。当然近几年来工程上也越来越重视其实际工作受荷情况，出现了一些现场监测方式，主要有两种方法：一是通过在法兰表面设置多个接触式位移传感器，然后将采集到的位移数据传输至监测系统，从而与预定的安全值进行对比判断法兰螺栓否松动；二是通过在每颗法兰螺栓处安装压力传感器，将压力监测数据传输至远程控制器从而得知法兰螺栓压力是否满足要求。在上述的两种方法中第一种方法仅是依靠法兰的位移对法兰螺栓定性判断无法获得法兰螺栓的实际受力，从而也无法进一步对法兰螺栓的疲劳破坏进行分析；上述的第二种方法将压力传感器埋置在法兰螺栓与法兰中间，虽然能够及时或是法兰螺栓的压力，但是如果压力传感器损坏就势必要拆除法兰螺栓重新安装，对于法兰螺栓而言，拆除下来后将无法继续使用。另外，对于风电机结构来说，法兰螺栓数量众多，每个都安装压力传感器以及将大量数据传输至远程控制器这需要耗费大量的成本。本专利技术结合以上方法，通过现场实验在上第二塔筒的几个关键位置处设置电阻应变传感器采集到上第二塔筒的应变信号，连接动态应变采集仪传输应变信号，然后根据力学知识将应变转化为应力，并用截面法以及利用abaqus软件建立风机塔筒及法兰螺栓的有限元模型，进一步仿真分析，从而获得各个法兰螺栓的受力情况，同时获得了可以用于法兰螺栓疲劳分析的随机应力谱。本专利技术借助有限元模型以及仿真分析实现了在传感器的设置方面的极大优化，除了大大减少了传感器的数量以及布置位置的不利导致的更换传感器不便，同时也实现了对法兰螺栓受力情况的定性分析。
[0003]法兰螺栓作为风电机塔筒的重要连接部件在风的作用下承受着随机荷载的作用，随着使用时间的增加，有可能会发生金属疲劳破坏，导致风电机的损坏甚至整体结构发生倒塌；且由于风的作用下导致法兰螺栓的实际受荷情况呈现随机性在设计时是难以对法兰螺栓金属疲劳进行细致考虑的。因此在已投产的风电机结构上对法兰螺栓的受荷载情况进行监测获得随机应力谱，一方面能够利用该随机应力谱进行法兰螺栓疲劳寿命预测，另一方面也能为前期的设计提供参考基础。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了法兰螺栓的随机应力谱获取方法。
[0005]本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：法兰螺栓的随机应力谱获取方法，包括以下步骤：
[0006]S1、在风机塔筒中安装若干对应变模组，若干对所述应变模组采集信息并反馈给
动态应变采集仪，得到若干对动态应变数据；
[0007]S2、根据材料力学胡克定律公式，将若干对所述动态应变数据转换为若干对应力，每对所述应力进行差值计算，得到若干个表面应力；
[0008]S3、对风机塔筒在横截面上的所述应力分布连续进行验证；
[0009]S4、根据所述风机塔筒的设计图纸和所述应变模组的所在位置，建立有限元模型，得到风机塔筒模型，并对所述风机塔筒模型进行划分网格单元；
[0010]S5、选取步骤S2的两个所述表面应力，计算得到一个应力值与角度关系方程，并将一个所述应力值与角度关系方程施加于对所述风机塔筒模型，施加荷载后的风机塔筒模型进行仿真分析，得到一个仿真分析结果；
[0011]S6、根据一个所述仿真分析结果，结合截面法原理，得到一个所述仿真分析结果下的法兰螺栓截面内力；
[0012]S7、重复步骤S5和步骤S6，得到多个所述仿真分析结果与所述法兰螺栓截面内力之间存在线性关系，得到截面应力线性关系式，所述线性关系式为y＝kx，所述y为所述法兰螺栓截面内力，x为所述风机塔筒的第一塔筒的表面应力，k为比例系数；
[0013]S8、将所述截面应力线性关系式和所述风机塔筒的预紧应力结合，得到随机应力谱，所述随机应力谱的计算公示为：z＝kx+T，所述z为各个时刻的法兰螺栓应力，所述T为预紧应力。
[0014]更优的选择，步骤S3中的对所述风机塔筒的应力分布验证包括以下步骤：
[0015]S301、在所述风机塔筒的同一截面上设置多个应变模组，所述应变模组采集信息并反馈给所述动态应变仪，得到多个动态应变数据；
[0016]S302、根据材料力学胡克定律公式，将步骤S302的多个所述动态应变数据转换为多个应力，通过多个所述应力得到应力时程曲线；
[0017]S303、结合步骤S301的多个所述应变模组所在的位置和步骤S202的所述应力时程曲线，得到所述风机塔筒的第一塔筒应力呈正值和所述风机塔筒的第二塔筒应力呈负值。
[0018]更优的选择，步骤S5包括以下步骤：
[0019]S501、在软件解析场中建立柱坐标系，根据步骤S2的两个所述表面应力，推导出一个所述应力值与角度关系方程，该应力值与角度关系方程为：
[0020]所述Z为表面应力，所述TH为角度，所述a和b为推导系数；
[0021]S502、将步骤S501的一个所述应力值与角度关系方程加载到步骤S4的所述风机塔筒模型；
[0022]S503、对步骤S502的所述风机塔筒模型进行仿真分析，得到一个仿真分析结果。
[0023]更优的选择，步骤S1中的应变模组包括温度补偿片和采集应变片，所述温度补偿片与所述采集应变片垂直连接，所述温度补偿片和所述采集应变片与所述动态应变采集仪连接。
[0024]更优的选择，步骤S1中所述风机塔筒包括第一塔筒和第二塔筒，所述第一塔筒设有第一法兰，所述第二塔筒设有第二法兰，所述第一法兰与所述第二法兰通过法兰螺栓连接，所述应变模组分别安装与所述第一塔筒和所述第二塔筒。
[0025]更优的选择，步骤S1中所述应变模组与所述风机塔筒的法兰之间的距离不超过
40cm。
[0026]更优的选择，步骤S1中的每对所述应变模组距离不超过80cm。
[0027]更优的选择，步骤S1中所述应变模组的对数≥2。
[0028]本专利技术相对现有技术具有以下优点及有益效果：
[0029]本专利技术通过法兰螺栓的随机应力谱获取方法，解决了传感器数量众多且传感器损坏需要拆除法兰螺栓的难题，比理论计算和规范推荐的法兰螺栓荷载更加接近真实工况，为后续对法兰螺栓疲劳寿命预测奠定了基础。
附图说明
[0030]图1是本专利技术法兰螺栓的随机应力谱获取方法的流程示意图；
[0031]图2是本专利技术法兰螺栓的随机应力谱获取方法的应变模组示意图；
[0032]图3是本专利技术法兰螺栓的随机应力谱获取方法的应变模组安装在风机塔筒示意图(A和B为应变模组的安装位置)；
[0033]图4是步骤S2的应力差值时程曲线示意图；
[0034]图5是本专利技术法兰螺栓的随机应力谱获取方法的应变模组安装在风机塔筒的同一水平面安装位置示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.法兰螺栓的随机应力谱获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在风机塔筒中安装若干对应变模组，若干对所述应变模组采集信息并反馈给动态应变采集仪，得到若干对动态应变数据；S2、根据材料力学胡克定律公式，将若干对所述动态应变数据转换为若干对应力，每对所述应力进行差值计算，得到若干个表面应力；S3、对风机塔筒在横截面上的所述应力分布连续进行验证；S4、根据所述风机塔筒的设计图纸和所述应变模组的所在位置，建立有限元模型，得到风机塔筒模型，并对所述风机塔筒模型进行划分网格单元；S5、选取步骤S2的两个所述表面应力，计算得到一个应力值与角度关系方程，并将一个所述应力值与角度关系方程施加于对所述风机塔筒模型，施加荷载后的风机塔筒模型进行仿真分析，得到一个仿真分析结果；S6、根据一个所述仿真分析结果，结合截面法原理，得到一个所述仿真分析结果下的法兰螺栓截面内力；S7、重复步骤S5和步骤S6，得到多个所述仿真分析结果与所述法兰螺栓截面内力之间存在线性关系，得到截面应力线性关系式，所述线性关系式为y＝kx，所述y为所述法兰螺栓截面内力，x为所述风机塔筒的第一塔筒的表面应力，k为比例系数；S8、将所述截面应力线性关系式和所述风机塔筒的预紧应力结合，得到随机应力谱，所述随机应力谱的计算公示为：z＝kx+T，所述z为各个时刻的法兰螺栓应力，所述T为预紧应力。2.根据权利要求1所述法兰螺栓的随机应力谱获取方法，其特征在于，步骤S3中的对所述风机塔筒的应力分布验证包括以下步骤：S301、在所述风机塔筒的同一截面上设置多个应变模组，所述应变模组采集信息并反馈给所述动态应变仪，得到多个动态应变数据；S302、根据材料力学胡克定律公式，将步骤S302的多个所述动态应变数据转换为多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：习会峰，杨铭俊，张元海，刘超，陈文照，
申请(专利权)人：东南粤水电投资有限公司徐闻县粤水电能源有限公司海南新丰源实业有限公司，
类型：发明
国别省市：