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年10月17日，北京國際風(fēng)能暨展覽會—風(fēng)電技術(shù)論壇。國電聯(lián)合動力的張東燦工程師給大家?guī)黻P(guān)于海上風(fēng)機(jī)葉片根部強(qiáng)度分析的報(bào)告。以下是全文：
張東燦：各位觀眾大家上午好!我是國電聯(lián)合動力的張東燦，我的演講題目是“大型海上風(fēng)機(jī)葉片根部強(qiáng)度分析報(bào)告”。研究背景是由于近年來海上風(fēng)機(jī)發(fā)展比較迅猛，2012年全球海上風(fēng)機(jī)裝機(jī)量達(dá)到1131MW歐洲2012年新的海上風(fēng)機(jī)項(xiàng)目主要在英國、德國和比利時(shí)，2012年還在建設(shè)的海上風(fēng)機(jī)項(xiàng)目分布在丹麥、德國、瑞典、美國、中國、日本和韓國，總?cè)萘砍^了4000MW。中國海上風(fēng)機(jī)發(fā)展，2012年中國海上風(fēng)機(jī)新增裝機(jī)量46臺，容量達(dá)到127MW，潮間帶裝機(jī)量為113MW，中國海上風(fēng)電發(fā)展方面的主要成該集中在江蘇和東潮間帶1期50MW，增容項(xiàng)目和東潮間帶50MW實(shí)驗(yàn)增容項(xiàng)目。(表)表中可以看到目前2012年中國海上風(fēng)電項(xiàng)目的情況，江蘇響水和如東和上海東海大橋二期。
研究內(nèi)容：主要從三個(gè)方面簡單介紹一下：一個(gè)是葉片根部有元模型建立二是葉根螺栓靜強(qiáng)度分析三是葉根疲勞分析 背景：國內(nèi)聯(lián)合動力是6趙宛風(fēng)機(jī)，葉片采用負(fù)荷材料制造，葉片根部是呈規(guī)則的圓筒狀，通過T型螺栓將其固定于輪轂上，T型螺栓對葉片來講作用非常大，它決定了葉片連接強(qiáng)度和使用壽命。
圖)這兩個(gè)圖是展示了葉片根部的有限元模型，由于有限元模型以及它的載荷和邊際條件具有對稱性，所以為了減少建模的工作量，縮短計(jì)算時(shí)間，所以采取一半的有限元設(shè)計(jì)，采用的是APDL，好處是計(jì)算過程中便于修改模型的尺寸，因?yàn)槲覀冞x用的葉根螺栓直徑不一定是同時(shí)滿足葉根連接的靜強(qiáng)度，也就是極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度兩方面的要求，所以計(jì)算過程中我們需要反復(fù)的修改螺栓的尺寸，通過APDL建立的模型便于快速的修改螺栓尺寸的大小，可以大大的減少工作量。
這個(gè)圖是葉片有限元模型加載和邊界條件，下面是輪轂的假體，堆積面是防止它進(jìn)行平面移動，約束點(diǎn)是在葉根葉片建立一個(gè)質(zhì)量點(diǎn)，通過RB3和葉片相連接。因?yàn)殪o強(qiáng)分析過程中有兩個(gè)主要的工作載荷部位，第一個(gè)是加預(yù)緊力，采用第一主用力，大概是500多兆帕，因?yàn)檫B接的螺栓主要承接的是拉力，我們關(guān)注第一主用力大概是520多兆帕。(圖)這個(gè)圖展示的是外在，加在最大的葉根處的扭矩，扭矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力結(jié)果是700多兆帕，這個(gè)螺栓受到的強(qiáng)度最大，如果這個(gè)螺栓滿足了，這可以說明這一組葉根螺栓它的強(qiáng)度是滿足要求的。
因?yàn)槁菟ㄟB接在里面承接了交變載荷作用，它主要問題就是疲勞破壞，疲勞強(qiáng)度保證在循環(huán)載荷情況下不會出現(xiàn)損壞。由于螺栓呈現(xiàn)非規(guī)律性變應(yīng)力的影響，所以要通過一定的專業(yè)軟件把它的載荷轉(zhuǎn)化為橫幅的疲勞載荷。通利用雨流統(tǒng)計(jì)法得到各個(gè)應(yīng)力幅對應(yīng)的循環(huán)次數(shù)，按照疲勞損傷累計(jì)假說，即Miner法則，進(jìn)行計(jì)算。可以得到一個(gè)規(guī)律的變化，在應(yīng)力幅的變化值，最后得到的是一個(gè)應(yīng)力變化的趨勢圖。
根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，最終選擇的是S/N曲線DCN50。
結(jié)論：本文在ANSYS軟件中采用APDL進(jìn)行參數(shù)化建立有限元模型，有限元模型在多個(gè)載荷步作用下，進(jìn)行接觸非線性計(jì)算。通過有限元方法計(jì)算確定螺栓應(yīng)力范圍及最大應(yīng)力值，最大應(yīng)力值有754兆帕，螺栓要求應(yīng)力是850兆帕，它的靜強(qiáng)度是滿足靜里要求的。利用線性累計(jì)損傷方法，計(jì)算得出最大損傷小于1，疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，該研究為葉片根端連接的設(shè)計(jì)。
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