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风电机组疲劳寿命:线性疲劳和非线性疲劳

国际新能源网  来源:中国节能在线  日期:2018-07-09
关键词: 风电 机组 风能
     风电机组是将风能有效转化为电能的大型设备,标准规定的设计寿命为20年。显而易见,风电机组的疲劳寿命分析至关重要。
 
    风电机组的疲劳寿命分析主要分为两大类:线性疲劳和非线性疲劳。
 
    线性疲劳指在零部件应力大小随外载大小线性变化的条件下由载荷时间序列导致的疲劳。此类疲劳分析可通过专业的疲劳分析软件,如nCode、FE-Safe等来分析疲劳寿命。基本分析流程如下:
 
    1、 通过有限元分析软件获得单位载荷分量作用下零件的应力结果并保存为文件;2、将获得的多个应力结果文件导入专业疲劳分析软件;3 、将多个载荷分量时间序列导入专业疲劳分析软件;4 、在专业疲劳分析软件中设置高周疲劳SN曲线;5  、提交计算,获得零件的疲劳寿命结果。
 
    非线性疲劳指在零部件应力大小随外载大小非线性变化的条件下由载荷时间序列导致的疲劳。专业的疲劳分析软件基于线性疲劳假设,故此类疲劳分析无专业软件可用。但可自行计算应力时间序列,并做雨流计数,再利用疲劳损伤累积法则统计疲劳寿命。基本分析流程如下(以轮毂和叶片连接螺栓为例):
 
    1、从各个有限元工况的分析结果中,针对每个螺栓,提取合成弯矩大小和方向对螺栓危险截面(靠近螺纹旋合部位的截面)应力的三个影响矩阵(螺栓采用梁单元模拟,可提取x向的轴向应力及y、z向的弯曲应力);2、将合成弯矩大小和方向的时间序列在三个影响矩阵的基础上分别进行二维插值,得到每个螺栓危险截面上的三个应力时间序列;3、 依据三个应力时间序列,采用三角插值公式计算每个螺栓危险截面圆上每隔30°的点(12个)的应力时间序列;4、 针对每个螺栓,对以上12个点的应力时间序列依次进行雨流计数,记录各个循环的应力范围,根据GL标准计算螺栓的疲劳等级,根据Eurocode3-1-9选取SN曲线,依次统计各个点的年损伤值,将12个点中的最大年损伤值定为该螺栓的年损伤值。
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