风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法技术

本申请涉及一种风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法


[0001]本申请涉及风电的
，具体而言，涉及一种风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法
。

技术介绍

[0002]随着风力发电技术的不断发展，风电机组装机容量逐渐增大，桨叶不断增长，与之配套的塔筒也不断向更高发展，风机在结构方面表现得越来越轻盈
、
柔性
。
与此同时，风电机组运行时，在风荷载的随机荷载和叶片旋转的周期激励共同作用下，塔筒会发生振动
、
变形
。
这种振动还会产生惯性力，而这种惯性力除了会引起塔筒的附加应力，还会导致塔筒顶端叶轮的变形和振动，从而影响其结构强度
。
因此，在风电机组支撑结构设计中，必须考虑塔筒的结构振动带来的额外载荷
。
[0003]塔筒承重平台与塔筒主体都是焊接结构连接，由于承重平台上重量较大，导致在风电机组运行过程中塔筒的晃动带来的振动载荷比较大，所以要考虑在塔筒振动过程中其对结构的影响，在风载荷和振动载荷共同作用下，塔筒承重平台焊缝处作为结构薄弱环节，易发生疲劳破坏，影响塔筒的设计寿命
。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法，以解决现有技术中的塔筒在风载荷和振动载荷共同作用下容易发生疲劳破坏的问题
。
[0005]根据本申请提供的一种风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法，包括：
S10 分析塔筒的振动疲劳载荷，塔筒振动疲劳载荷函数通过正弦函数分布形式进行分析；
S20 分析塔筒的风疲劳载荷；
S30 将塔筒的水平振动疲劳载荷和塔筒的风疲劳载荷进行拟合应力谱；
S40 根据步骤
S30
拟合的应力谱，完成塔筒的承重结构疲劳强度计算
。
[0006]进一步地，正弦函数的波峰和正弦函数的波谷对应塔筒的振动疲劳载荷的最大加速度，设置对应的频率，采用如下公式：
[0007]式中：
f——
频率；
g——
重力加速度；
t——
时间；
φ
——
相位角
。
[0008]进一步地，判断塔筒的振动载荷是否有危险，采用有限元方法分别计算单位振动加速度作用下的热点应力，将该热点应力值作为焊缝振动载荷作用下的应力幅值，结合
S/N
曲线计算该载荷作用下的许用循环次数，进而求解出该振动加速度作用下疲劳损伤值
。
[0009]进一步地，塔筒的振动次数计算公式如下：
[0010]式中：
T_second——
风机寿命，单位是秒
。
[0011]进一步地，在步骤
S30
中，振动疲劳载荷和风疲劳载荷下应力谱的拟合，塔筒的承重平台焊接结构属于多轴应力状态，采用临界平面法进行疲劳强度分析，将单位力和弯矩施加到塔顶中心点，分别计算六个载荷分量作用和水平加速度作用下焊缝应力，根据插值方法提取焊缝处各单位载荷作用下对应
Sx、Sy
和
Sxy
，将风载荷
、
振动载荷与单位载荷应力分量进行合并
。
[0012]进一步地，将风载荷
、
振动载荷与单位载荷应力分量进行合并的公式为：
[0013]Fx
为
GL
坐标系下
x
方向力；
Fy
为
GL
坐标系下
y
方向力；
Fz
为
GL
坐标系下
z
方向力；
Mx 为
GL
坐标系下
x
方向弯矩；
My 为
GL
坐标系下
y
方向弯矩；
Mz 为
GL
坐标系下
z
方向弯矩；
a
为水平加速度；
sx
Fx
为单位载荷
Fx
作用下
x
方向名义应力；
sx
Fy
为单位载荷
Fy
作用下
x
方向名义应力；
sx
Fz
为单位载荷
Fz
作用下
x
方向名义应力；
sx
Mx
为单位载荷
Mx
作用下
x
方向名义应力；
sx
My
为单位载荷
My
作用下
x
方向名义应力；
sx
Mz
为单位载荷
Mz
作用下
x
方向名义应力；
sx
a
为单位载荷
a
作用下
x
方向名义应力；
sy
Fx
为单位载荷
Fx
作用下
y
方向名义应力；
sy
Fy
为单位载荷
Fy
作用下
y
方向名义应力；
sy
Fz
为单位载荷
Fz
作用下
y
方向名义应力；
sy
Mx
为单位载荷
Mx
作用下
y
方向名义应力；
sy
My
为单位载荷
My
作用下
y
方向名义应力；
sy
Mz
为单位载荷
Mz
作用下
y
方向名义应力；
sy
a
为单位载荷
a
作用下
y
方向名义应力；
sxy
Fx
为单位载荷
Fx
作用下
xy
方向名义应力；
sxy
Fy
为单位载荷
Fy
作用下
xy
方向名义应力；
sxy
Fz
为单位载荷
Fz
作用下
xy
方向名义应力；
sxy
Mx
为单位载荷
Mx
作用下
xy
方向名义应力；
sxy
My
为单位载荷
My
作用下
xy
方向名义应力；
sxy
Mz
为单位载荷
Mz
作用下
xy
方向名义应力；
sxy
a
为单位载荷
a
作用下
xy
方向名义应力；
t
为时间；
σ
x
、
σ
y
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法，其特征在于，包括：
S10 分析塔筒的振动疲劳载荷，所述塔筒振动疲劳载荷函数通过正弦函数分布形式进行分析；
S20 分析所述塔筒的风疲劳载荷；
S30 将所述塔筒的水平振动疲劳载荷和所述塔筒的风疲劳载荷进行拟合应力谱；
S40 根据步骤
S30
拟合的应力谱，完成所述塔筒的承重结构疲劳强度计算
。2.
根据权利要求1所述的风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法，其特征在于，所述正弦函数的波峰和所述正弦函数的波谷对应所述塔筒的振动疲劳载荷的最大加速度，设置对应的频率，采用如下公式：式中：
f——
频率；
g——
重力加速度；
t——
时间；
φ
——
相位角
。3.
根据权利要求2所述的风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法，其特征在于，判断所述塔筒的振动载荷是否有危险，采用有限元方法分别计算单位振动加速度作用下的热点应力，将该热点应力值作为焊缝振动载荷作用下的应力幅值，结合
S/N
曲线计算该载荷作用下的许用循环次数，进而求解出该振动加速度作用下疲劳损伤值
。4.
根据权利要求3所述的风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法，其特征在于，所述塔筒的振动次数计算公式如下：式中：
T_second——
风机寿命，单位是秒
。5.
根据权利要求1所述的风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法，其特征在于，在步骤
S30
中，振动疲劳载荷和风疲劳载荷下应力谱的拟合，所述塔筒的承重平台焊接结构属于多轴应力状态，采用临界平面法进行疲劳强度分析，将单位力和弯矩施加到塔顶中心点，分别计算六个载荷分量作用和水平加速度作用下焊缝应力，根据插值方法提取焊缝处各单位载荷作用下对应
Sx、Sy
和
Sxy
，将风载荷
、
振动载荷与单位载荷应力分量进行合并
。6.
根据权利要求5所述的风电机组的塔筒承重平台的疲劳强度计算方法，其特征在于，将风载荷
、
振动载荷与单位载荷应力分量进行合并的公式为：
Fx
为
GL
坐标系下
x
方向力；
Fx
为
GL
坐标系下
x
方向力；
Fy
为
GL
坐标系下
y
方向力；
Fz
为
GL
坐标系下
z
方向力；
Mx 为
GL
坐标系下
x
方向弯矩；
My 为
GL
坐标系下
y
方向弯矩；
Mz 为
GL
坐标系下
z
方向弯矩；
a
为水平加速度；
sx
Fx
为单位载荷
Fx
作用下
x
方向名义应力；
sx
Fy
为单位载荷
Fy
作用下
x
方向名义应力；
sx
Fz
为单位载荷
Fz
作用下
x
方向名义应力；
sx
Mx
为单位载荷
Mx
作用下
x
方向名义应力；
sx
My
为单位载荷
My
作用下
x
方向名义应力；
sx
Mz
为单位载荷
Mz
作用下
x
方向名义应力；
sx
a
为单位载荷
a
作用下
x
方向名义应力；
sy
Fx
为单位载荷
Fx
作用下
y
方向名义应力；
sy
Fy
为单位载荷
Fy
作用下
y
方向名义应力；
sy
Fz
为单位载荷
Fz
作用下
y
方向名义应力；
sy
Mx
为单位载荷
Mx
作用下
y
方向名义应力；
sy
My
为单位载荷
My
作用下

【专利技术属性】
技术研发人员：李云龙，闫中杰，刘扬，郝二通，闵烨，王晨思，张璟，赵韵，
申请(专利权)人：中船风电清洁能源科技北京有限公司中船风电工程技术天津有限公司，
类型：发明
国别省市：