MW级风电机组基础环结构分析与优化设计

【摘要】：随着风力发电机组不断向大功率化方向发展，塔架底部的载荷逐渐的增大，基础环作为连接塔架与地基的关键部件，结构强度和可靠性直接影响塔架的安全。论文对基础环的静强度，焊缝疲劳、孔疲劳以及连接螺栓疲劳进行了分析，同时对连接法兰的强度进行分析计算，验证了基础环结构的安全性。论文的研究方法为风力发电机组基础环结构的设计与校核提供了依据，具有工程实用价值。 论文的主要研究内容如下： ①根据德国船级社Germanisher Lloyd(GL)规范和欧洲Eurocode3标准，采用工程计算和有限元方法进行了结构强度校核。 ②运用疲劳分析理论，对基础环上的焊缝，加强筋孔，连接螺栓进行了疲劳寿命分析。研究了连接螺栓工作应力与外载荷之间的关系，修正了连接螺栓的S-N曲线，为基础环结构中连接螺栓的疲劳寿命分析提供一种有效可行的方法。 ③对基础环结构的L型法兰连接结构进行了分析。基于Petersen理论的三种失效模式，分析了法兰连接结构的承载能力，并运用有限元方法进行验证，考虑了几种对法兰强度的影响因素，最后对与地基相连的T型法兰进行了尺寸的校核。 ④进行了基础环的优化设计。采用自由形状优化的技术，应用Hyperworks软件的Optistruct模块对基础环加强筋孔型进行了优化设计，为基础环设计提供了依据。 【关键词】：基础环 法兰 强度分析 疲劳分析 优化设计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-17
• 1.1 课题研究背景7-13
• 1.2 课题研究现状13-14
• 1.3 论文研究意义和主要内容结构14-17
• 1.3.1 论文研究意义14
• 1.3.2 论文主要内容及结构14-17
• 2 基础环筒壁强度分析17-23
• 2.1 基础环概述17-19
• 2.2 有限元计算19-21
• 2.2.1 有限元模型19
• 2.2.2 载荷施加19
• 2.2.3 有限元分析结果19-21
• 2.3 工程计算21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 基础环疲劳分析23-39
• 3.1 疲劳分析理论23-28
• 3.1.1 Palmgren-Miner 线性累积损伤理论23-25
• 3.1.2 Corten-Dolan 理论25-26
• 3.1.3 Manson 理论26-28
• 3.2 焊缝疲劳分析28-30
• 3.2.1 计算理论28-29
• 3.2.2 焊缝损伤计算29-30
• 3.3 加强筋孔疲劳分析30-31
• 3.4 螺栓疲劳分析31-38
• 3.4.1 螺栓疲劳工况和疲劳载荷谱计算31-33
• 3.4.2 螺栓应力的计算33-36
• 3.4.3 螺栓 S-N 曲线设置及修正36-37
• 3.4.4 螺栓疲劳计算结果37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 基础环法兰分析39-55
• 4.1 法兰极限强度分析39-45
• 4.1.1 分析理论39-44
• 4.1.2 分析过程44-45
• 4.2 法兰强度有限元分析45-48
• 4.3 L 法兰强度的影响因素48-52
• 4.3.1 螺栓孔中心位置对法兰强度的影响48-50
• 4.3.2 螺栓个数对法兰强度的影响50-51
• 4.3.3 筒壁壁厚对法兰强度的影响51-52
• 4.3.4 螺栓大小对法兰强度的影响52
• 4.4 T 法兰的尺寸校核52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 5 基础环的优化设计55-69
• 5.1 优化设计简介55
• 5.2 结构优化的数学模型55-56
• 5.2.1 结构优化三要素55-56
• 5.2.2 结构优化设计流程56
• 5.3 优化软件 ALTAIR 优化模块 OPTISTRUCT 概述56-58
• 5.4 基础环自由形状优化过程58-67
• 5.4.1 优化的前期准备58-59
• 5.4.2 自由形状优化过程59-62
• 5.4.3 优化结果分析62-65
• 5.4.4 优化结果再分析65-67
• 5.5 本章小结67-69
• 6 结论与展望69-71
• 6.1 结论69
• 6.2 展望69-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-77
• 附录77
• A. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录77

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