大型风力机组塔架螺栓连接应力分析

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基于ANSYS的风力发电机螺栓强度分析报告

基于ANSYS的大型风力发电机组高强度螺栓强度分析摘要：目前在风力发电机组的机械零部件开发过程中，除了轮毂、主轴、轴承座、机舱及塔架等大部件需要做完整的强度分析，他们之间的高强度螺栓设计也是其中十分重要的组成部分，其设计的是否合理将直接影响整个风力发电机组能否正常运行。

这些螺栓不仅要承受弯矩，还要承受扭矩，受力情况十分复杂。

采用一般材料力学的方法，无法进行较为精确的计算。

本文将结合ANSYS有限元分析软件和目前整个风电行业中通行的螺栓强度计算标准——VDI223中的计算方法来分析风力发电机组中高强度螺栓在极限工况下的强度和各疲劳工况下的疲劳寿命。

关键词：风力发电机组高强度螺栓有限元，VDI2230 极限强度疲劳寿命当前我国电产业的发展十分迅速，发展形势也十分良好，但由于很多企业基本都是通过引进国外技术来制造风力发电机组，并没有完全掌握开发风机发电机组的核心技术，这就给我国风电行业的发展埋了很多隐患。

因此十分有必要消化吸收设计技术，为自主研发这一分析方法除了在螺栓设计及优化时使用，由于其符合德国劳埃德（GL）认证规范，故可以普遍满足国内外各认证机构认证之需要。

ANSYS作为一种强大的有限元分析软件，已广泛应用于机械、电子、航空航天、汽车、船舶等各大领域，是现代设计中必不可少的分析工具。

本文将以1.5MW机组中主轴与轮毂之间的连接螺栓为例，比较系统的来阐述螺栓极限强度分析和疲劳强度。

目的是使通过这样一种方法的运用，可以运用到风力发电机组的任何部位的连接螺栓强度分析，使之满足设计要求，螺栓的设计是否合理，同样也关系到相关零部件的设计成本，因此设计合理的螺栓数量，不仅关系到螺栓本身，也涉及到相关零部件的成本。

一、主轴与轮毂连接螺栓结构图一是运达1.5MW双馈式风力发电机组传动系统结构示意图，1.1 螺栓部位结构描述该机组传动系统采用传统的三点支撑结构，主轴通过一个双列圆柱滚子轴承以及和齿箱输入轴通过胀套连接支撑，而整个风机头部的风轮与主轴之间就依靠360度一圈螺栓连接，其中还连接着风轮锁紧盘。

大型风力发电机塔架构件局部屈曲强度及稳定性分析

大型风力发电机塔架构件局部屈曲强度及稳定性分析摘要：塔架构件的强度、刚度和稳定性对大型风力发电机能否正常工作起到决定性作用，是风力发电机的核心构件，正因为如此，塔架构件的建造和维护成本非常高。

因此如何设计大型风力发电机的塔架构件使得其整体屈曲强度和稳定性符合标准，具有及其重要的意义。

本文对大型风力发电机的塔架构件的受力过程进行了分析，总结了国内外比较流行的加强局部屈曲强度和稳定性的方法，并研究分析了各自的优势，对于同行业研究者和相关工作人员均具有很强的参考价值。

关键词：风力发电机；塔架构件；屈曲强度；稳定性分析1.前言随着改革开放我国各行各业都处于飞速发展状态，但由此带来的污染引起了国民的高度关注，废气废水排放导致空气污染，随着国外先进的科学技术引进，我国开始了风力发电以减少污染排放。

风力发电的优势极大，因为它可以实现零污染和零排放，极大的响应了国家建设环境友好型社会的号召。

我国横跨大江南北，风力资源十分优越，据统计，我国的风力资源处于世界首位。

但我国至今还不能自主的完成风力发电机的设计和制造，绝大数风力发电机都是通过引进国外先进科学技术制造的，长期处于国外垄断状态，无法自主创新实现更好的大型风力发电机，对于我国风力发电行业挑战巨大。

国产风力发电机目前面临的困难便是如何将发电机的核心构件塔架设计好，如何在保证塔架结构局部屈曲强度和稳定性的情况下，自主的进行研发，并通过优化材料和技术等将此类生产实现批量生产。

塔架的设计要求有三点，首先要足够高，大型风力发电机的叶轮需要在设计高度上才能正常工作，塔架高度小了会影响风力发电效果，随之而来的便是高度过高使得稳定性难以控制。

其次是应具有良好的强度和刚度，如何将塔架与大地相连，如何固定基础和各类连接构件，对大型风力发电机的强度和刚度具有重要意义。

最后是应能抵抗恶劣环境，风力发电机大多安置于地广人稀的位置，此类地区的共性便是容易发生恶劣天气条件，如海边的风力发电机会经受台风、暴雨的袭击，平原上的风力发电机会经受干旱、雷击等袭击。

风力发电机超转时基础螺栓受力分析

307.32 1 369.80 2 984.41 4 589.06 7 235.89
额定风速时风荷载 /kN
6.09 8.96 11.69 12.92 38.62
额定风速时弯矩（ / kN·m）
47.94 213.69 465.57 715.89 1 128.80
3 螺栓受力计算
Rs R1
R2 Φ
Nt Nv
上
上
钢
钢
环
环
下
下
钢
钢
环
环
图 3 风机底座螺栓布置图
风机底座螺栓共 120 个，由相关的资料可知叶片重心至叶片根部距离为 1.053 m，风轮倾角为 4°。经受力分析可知，叶片因扫风所受弯矩在塔身方向分为 F1tgθ× 63.1×cos4°，再根据平行四边形法则，底座处螺栓整体所承受的弯矩为：
M2— ——风荷载在叶片转动方向对底座产生的弯
矩， kN·m；
θ— ——叶片与其转动方向夹角，为使 M1 达到最
大值，其为 45°；
M— ——合弯矩， kN·m
底座螺栓共同承受风荷载产生的剪力，单个
螺栓受剪力为：
NV= （F2+F·1 tg45°） 2+F12 / 120=2.75 kN 忽略重力荷载偏心作用（力臂较短，力矩对
比很小），则底座螺栓以直径为受力对称。半圆的
合力点距离圆心 0.318 RS 处， RS 为底座圆心至螺
·110 ·
万方数据
C MY K
第2期
周家红，梁磊：风力发电机超转时基础螺栓受力分析
栓中心距离，经计算为1.92 m。单个螺栓受拉力
为：
Nt = M / （0.318RS×2×60） =202.69 kN

兆瓦级风力发电机组塔架的静强度及模态分析

为不同方向的一阶弯曲振动。根据振动理论，振动的能量主要集中在低阶频率中，因此，塔筒的振动主要
机的２阶固有频率；３Ｐ为风力机的３阶固有频率；为塔架的１阶固有频率。由图８见，机组的１固有频率没有与风轮转可阶
１Ｏ・Ｏ・８
对应的转频为＝０１；．７Ｈｚ风轮最高转速对应的转频的３倍频为一０８；塔筒１阶固有频率为ｆ一．９Ｈｚ
０４。图８为机组的坎贝尔图。．４Ｈｚ
所受应力值最大。计算结果见图４、图５。
图４和图５中，Ｖｏｓｓ等效应力是按第四强ｎＭｉｅ
度理论确定的，应力单位为Ｐ，变形单位为ｍ。ａ由计算结果可见，在载荷作用下，最大变形位于
频率（）Ｈｚ
不考虑上部质量时考虑上部质量时
２１００年第６期
白海燕，等：兆瓦级风力发电机组塔架的静强度及模态分析
・３５・
１３边界条件和计算载荷．由于风力发电机组塔架与地面基础固连，在进行
应力集中。最大ＶｎＭｉｓ效应力为１６４ＭＰ。ｏｓ等ｅ４．ａＱ３５４Ｄ钢的允许拉压应力为３５ＭＰ，考虑到安４ａ
的６．，３７塔顶最大变形量为塔高的０７，．１均满足
设计要求。
定则确定，该坐标系不随机舱旋转，见图３。建模时，
通过ＭＰＭｕｔｏｎｏｓｒｉｔ单元将计算得到的Ｃ（ｌｐｉｔｃｎｔａｎ）ｉ各种载荷工况下的极限载荷传递到塔筒，进行计算分

风力发电机塔筒紧固用高强螺栓断裂失效分析_张君

利用线切割将试样垂直于轴线方向剖开，将其截面及表面打磨光滑，利用４５２ＳＶＤ数显维氏硬度
张君等：风力发电机塔筒紧固用高强螺栓断裂失效分析
图４螺栓心部显微组织Ｆｉｇ．４Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅ
ｂｏｌｔｃｅｎｔｅｒ
０．００８
０．００５
０．９６５
０．１５８
０．０１４
０．００３
螺栓心部
０．３６９
０．２５１
０．５４２
０．００８
０．００４
０．９３９

０．１５５
０．０１３
０．００２
标准值０．３２～０．４００．１７～０．３７０．４０～０．７０ ≤０．０３５
≤０．０３５０．８０～１．１００．１５～０．２５ ≤０．０３０
２综合分析
螺栓机械加工完毕后，要进行淬火和高温回火处理，并期得到理想的回火索氏体组织。然而化学成分分析结果显示，螺栓表面的碳含量仅为０．００９％，远远低于标准值（０．３２％～０．４０％）和心部的碳含量０．３６９％。由金相检验结果也可知，螺栓心部显微组织为细小的回火索氏体，螺栓表层则为铁素体；说明螺纹表面发生了全脱碳，且脱碳层深度较大。显微硬度测试结果显示，螺栓表面硬度约为１３０ＨＶ，心部硬度约为３７０ＨＶ，进一步证明螺栓表面发生了严重的脱碳。该螺栓经过了淬火、高温回火处理，在淬火加热保温过程中，热处理炉内碳浓度过低，导致零件表面脱碳，待整个试样完全奥氏体化后，表面形成了超低碳的奥氏体，在淬火冷却过程中，螺栓心部转变为马氏体，而螺栓表面则转变为铁素体。在随后的高温回火过程中，马氏体中析出弥散细小的碳化物，螺栓心部组织转变为回火索氏体，具有良好的综合力学性能，而螺栓表面仍然为铁素体［３－４］。一般来说，螺栓螺纹根部是应力集中部位，该螺栓表面脱碳，导致了螺纹表面硬度和强度的大大降低。另外螺栓在安装时，预紧力不均匀，导致受力较大的螺栓在服役过程中风力和风叶转动产生的循环冲击载荷作用下，于螺纹根部出现裂纹并疲劳扩展直至断裂。［５］

风机螺栓分析报告

风机螺栓分析报告1. 引言螺栓是一种常用的连接元件，广泛应用于机械设备和结构中。

风机螺栓作为连接风机叶片和轴的重要部件，在风力发电行业中起着至关重要的作用。

本报告旨在对风机螺栓进行分析，探讨其性能及功能。

2. 风机螺栓的结构和材料风机螺栓通常采用高强度合金钢材料制造，以确保其在高负荷和恶劣环境条件下的可靠性。

螺栓的结构一般包括螺纹部分、螺杆身和螺栓头。

螺纹部分用于连接风机叶片和轴，螺杆身则具有一定的长度，以承受叶片的载荷，螺栓头则用于夹紧连接。

3. 风机螺栓的性能要求风机螺栓在风力发电中需要承受较大的载荷和振动环境，因此其性能要求较高。

常见的性能要求包括以下几个方面：•强度要求：螺栓需要具有足够的强度，以承受叶片的载荷和风力的冲击。

•耐腐蚀性：螺栓需要具有良好的耐腐蚀性，以防止在恶劣环境下产生腐蚀。

•疲劳寿命：螺栓需要具有较长的疲劳寿命，以确保其在长期运行中不易断裂。

•可拆卸性：螺栓需要方便拆卸和更换，以维护和保养风机设备。

4. 风机螺栓的安装与保养4.1 安装要求在安装风机螺栓时，应注意以下几个要点：•预紧力调整：螺栓的预紧力需要根据设计要求进行调整，以确保螺栓的紧固力适当。

•润滑要求：螺栓需要涂抹适当的润滑剂，以减小螺栓与连接部件之间的摩擦。

•连接标志：安装完成后，应进行连接标志，以确保螺栓是否松动。

4.2 保养要求为了保证螺栓的正常使用和延长其寿命，应进行定期的保养维护。

常见的保养要求包括：•检查紧固力：定期检查螺栓的紧固力，确保其达到设计要求。

•润滑维护：定期清洁和润滑螺栓，以减少摩擦。

•防腐处理：在螺栓表面进行防腐处理，以提高其耐腐蚀性。

5. 风机螺栓故障分析在实际使用中，风机螺栓可能会出现故障，主要包括以下几种情况：•螺栓断裂：螺栓可能会在长期疲劳加载下发生断裂。

这可能与螺栓的材料、加工工艺或安装不当有关。

•螺纹磨损：螺栓的螺纹可能会因为长期摩擦而磨损，导致连接松动或失效。

•腐蚀：螺栓可能会因为环境的腐蚀作用而损坏，导致强度下降。

风力发电机组高强度螺栓紧固力矩分析

风力发电机组高强度螺栓紧固力矩分析摘要：通过分析风力发电机组装配工艺中高强螺栓预紧力和扭矩的关系，从而反算出高强螺栓在实际施工中所需的拧紧力矩以及拧紧力矩的控制方法。

关键词：高强度螺栓摩擦预紧力紧固力矩引言在风力发电机组的装配过程中，构件之间用高强度螺栓连接是使用得最多的连接方式，因其具有结构简单、装拆方便以及在动力荷载作用下不致松动等特点，因此在装配工艺上应用非常广泛。

但是，如果装配不当、紧固力矩控制不好，就容易造成螺栓连接松动、滑丝、断裂失效等情况，影响机组的正常运行，有时甚至造成严重后果。

当螺纹连接副尚未具备保证连接可靠的摩擦力矩时，其自锁能力较差，在机组运行过程中受到振动、冲击等变载荷作用下，螺栓就会松动。

因此，如何保证螺栓连接时的可靠性，一直是风电机组装配工作所关注的问题。

我们知道，螺纹连接副的摩擦力矩是在对螺栓施加拧紧力矩，使螺纹副产生预紧力而获得的。

因此要确保连接可靠，则必须保证对螺栓施加合适的拧紧力矩，进而在螺纹副中产生合适的预紧力，使自锁能力达到最佳状态。

在风力发电机组的装配工艺上，关键部位和承载部位均使用的是高强度螺栓，因此控制高强度螺栓的拧紧力矩是防止螺栓松动的关键之一。

1、高强度螺栓的选用由于风力发电机组在运行过程中，构件之间受到很大的振动、冲击等变载荷作用，构件间的夹紧力是依靠对螺栓施加预紧力来实现的，所以螺栓必须采用高强度钢制造，这也是风电机组选用高强度螺栓连接的原因。

而高强螺栓除了其材料强度很高之外，在施加拧紧力矩后，螺栓产生巨大而又受控制的预拉力，而这个预拉力通过螺帽和垫片，对被连接件也产生了同样大小的预压力。

在预压力作用下，沿被连接件表面就会产生较大的摩擦力，只要轴力小于此摩擦力，构件就不会滑移，连接就不会受到破坏。

一般情况下，风力发电机组上使用的高强螺栓为10.9级居多。

2、高强度螺栓连接的工作性能根据螺栓受力特点，高强度螺栓连接分为摩擦型连接和承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同。

风力机塔架螺栓强度分析系统设计_袁带英

平均误差 2pixels 13pixels 0pixels
1 顾步云等. 一种新的截面轮廓特征点识别与分段曲线类型判别算法［J］. 机械科学与技术，2007，26（11）：1398～1402
2 陈月林等. 基于曲率的轮廓精确分段技术［J］. 华中理工大学学报，1995，23 （6）：20～23 3 栗全庆. 基于层析数据的三维实体重构与特征技术的研究［D］. 西安交通大学学报，1999 4 徐玲等. 基于平面曲线协方差矩阵行列式的角点检测的研究［J］. 仪器仪表学报，2009，30（1）：91～95 5 章毓晋. 图像理解与计算机视觉［M］. 北京：清华大学出版社，2004 6 RATTARANGSI，CHIN G T. Scale -based detection of corners of planar Curves ［C］. IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence， 1992，14（4）：430～449 7 MOKHTARIAN F，SUOMELA R. Robust image corner detection through curvature scale space ［C］. IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence，1998，20（12）：1376～1381 8 MOKHTARIAN F，SUOMELA R. Enhancing the curvature scale space corner detecto［r C］. Proc. Scandinavian Conf. on Image Analysis，2001：145～ 152 9 TSAI D M，HOU H T，SU H J. Boundary -based corner detection using

风力发电机组预应力锚栓基础施工技术分析

风力发电机组预应力锚栓基础施工技术分析发布时间：2022-10-10T03:29:09.596Z 来源：《中国电业与能源》2022年6月11期作者：袁小彬[导读] 在社会和经济快速发展的今天，风电作为一种新型的可持续发展的建筑项目，在国内的应用中占有举足轻重的地位。

而风电机组的预应力锚杆地基的施工，对风电项目的工期有很大的影响。

袁小彬中国葛洲坝集团电力有限责任公司湖北宜昌 443000摘要：在社会和经济快速发展的今天，风电作为一种新型的可持续发展的建筑项目，在国内的应用中占有举足轻重的地位。

而风电机组的预应力锚杆地基的施工，对风电项目的工期有很大的影响。

在风电机组建设中，对安装工程提出了更高的需求，因此，预应力锚杆地基的施工与施工具有十分重大的意义。

本文从风电场的预应力锚杆地基入手，对其进行了详细地分析。

关键词：风力发电机组；预应力锚栓；基础施工技术引言：在节能日益增加的今天，可循环利用的价值日益受到重视，而对环境保护的认识也日益加深。

因此，如何合理地开发和使用可持续发展的能源已成为当前的热点问题。

风力发电不但清洁、环境友好，而且可以减少能耗。

风电机组建设是风电机组建设中的重中之重，特别是预应力锚杆的建设技术，对此进行了深入的探讨，以防止出现的各种不良因素对整体工程的影响，从而使风电机组的使用性能得到进一步的改善。

一、新型预应力锚栓基础在风力发电系统中，水泥结构既要抵御最大的倾翻负荷，又要承担起塔架和设备的自重，保证其在多种负荷下的安全工作。

风力发电设备是风力发电项目中的关键环节，它直接关系到风力发电项目的投资和风场的稳定。

传统风力发电设备的地基都是在基座上嵌入一节基础环，在机组装配时，将基础环形凸缘与塔筒凸缘相结合。

采用预应力锚杆地基作为一种经典的米字形地基，对地基进行了荷载和受力分析，对地基进行了优化，降低了地基的钢筋和砼的使用率，节省了施工费用[1]。

锚栓与混凝土的灌浆并不是这样的地基，而是下锚板、上锚板、 PVC护管、锚栓等，用PVC护管将水泥与锚栓隔开，防止水流渗入到护管的内部，防止其被侵蚀。

基于参数化建模的风电机组塔筒法兰联接螺栓应力计算分析

基于参数化建模的风电机组塔筒法兰联接螺栓应力计算分析1.引言风力发电在逐渐成为世界上最主要的可再生能源之一，而风电机组塔筒法兰联接螺栓的稳定可靠性直接影响着整个风力机组的能量输出和运行寿命。

在设计过程中，需要对系统的应力、变形、刚度等进行分析，以确保系统能够在外界环境和内部负载等不利因素下的协调运行。

本文将基于参数化建模的思路，对风电机组塔筒法兰联接螺栓的应力计算进行分析。

2.风力机组塔筒和法兰的结构风力机组塔筒是风力机组的主要承载部分，其设计应满足高强度、高刚度、高韧性的要求。

根据实际情况，风力机组塔筒的形状、壁厚和高度等参数都有所不同；而塔筒内部还安装有牵引装置、转子轴、发电机等重要部分，这些设备的旋转和振动都会对塔筒产生较大的力学负荷，因此塔筒必须具有足够的稳定可靠性和安全性。

同时，由于风力机组常常安装在风力较大的区域，塔筒还需要具有抵抗风振的能力。

法兰是连接塔筒和风力机叶片的重要部分，其作用是将叶片的旋转力和塔筒的支撑力传递到塔筒内，并确保整个系统能够有效的协调工作。

法兰的形状、材料和尺寸等参数也有所不同，一般来说，法兰的制造必须符合国际和相关标准的要求，同时法兰内部的螺栓数量和强度也需要满足塔筒的承载要求。

3.参数化建模的原理参数化建模是现代工程设计中极为普遍的方法之一，能够大大提高设计效率和系统可靠性，同时为后续的模拟分析和实际制造提供方便。

参数化建模是一种将系统各种构件的关系变量、特征尺寸等参数化为可调节的参数的方法，从而将整个系统的设计与参数解耦，使得设计人员更容易对系统进行优化和调整。

参数化建模的步骤大致为以下几个方面：（1）建立系统构件的几何模型，可以采用CAD等工具进行建模；（2）选择几个重要的设计参数，例如塔筒高度、法兰尺寸等；（3）选择合适的参数调节工具，例如MATLAB、ANSYS等；（4）选定目标函数和限制条件，例如最大应力、变形量等；（5）通过参数调节工具计算系统的各种参数值，确定最优设计。

风力机塔架螺栓强度分析系统设计

★来稿日期：０９０ — ２＂基金项目：２０ — ７１Ａ－国家自然科学基金资助项目（０７１１，５３５６）重庆市科技攻关计划项目（ｓＴ０７Ｂ０２Ｃｃ２０Ａ３５）
◆ －◆ －＋一◆ ・● 一◆ 。◆ －● ‘◆ 。◆ ＿◆ 一◆ －◆ 一＋。◆ －＋一◆ 。◆ －◆ 一◆ －— －－＋ ● －一◆ 。◆ －◆ 一◆ －◆
（）２－６：０４３
３栗全庆．基于层析数据的三维实体重构与特征技术的研究［］Ｄ．西安交通
大学学报，９９１９
４徐玲等．基于平面曲线协方差矩阵行歹式的角点检测的研究［］Ｊ．仪器仪表
学报，０９３（）９－５２０，０１：１９５章毓晋．图像理解与计算机视觉［．Ｍ］北京：清华大学出版社，０４２０
机械设计与制造
ＭａｈｎｒＤｅｉｎｃｉｅｙｓｇ文章编号：０１３９（０００ — ０００１０ — ９７２１）５０６ — ３＆Ｍａｕａｔｒｎｆｃｕｅ
第５期２１００年５月
风力机塔架螺栓强度分析系统设计
袁带英
÷
很大。风力发电机组使用寿命为２年，ｏ要求螺栓的强度也能满足
● ・ … ●… － ●… ・ ●… ・ ●… ・ … ・ ● ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ … ・ … ・ ● ● ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ ●… ・ … ・ ● ■

风电螺栓用钢的应力腐蚀开裂性能研究

风电螺栓用钢的应力腐蚀开裂性能研究摘要：本文旨在对风电螺栓用钢的应力腐蚀开裂性能进行研究。

通过实验和分析，揭示了应力腐蚀开裂的原因及机制，并提出了相应的预防和修复方法，为风电螺栓的可靠性提供科学依据。

1. 引言随着风电行业的快速发展，风电螺栓作为关键的结构连接元件，在风力发电机组中扮演着重要角色。

然而，风电螺栓在使用过程中常常会受到应力腐蚀开裂的困扰，严重影响了风电螺栓的可靠性和寿命。

因此，研究风电螺栓用钢的应力腐蚀开裂性能，对于提高风电螺栓的可靠度具有重要意义。

2. 应力腐蚀开裂的原因和机制应力腐蚀开裂是由外界应力和环境腐蚀共同作用导致的结构材料开裂现象。

风电螺栓用钢一般常常处于高应力的工作状态下，加之风力发电场环境中存在高湿度和高盐度的特点，容易使钢材表面产生腐蚀，导致表面被破坏并引发应力腐蚀开裂。

此外，颗粒的无机物质和微生物的存在也会加剧腐蚀的速度，从而加重了应力腐蚀开裂的程度。

3. 应力腐蚀开裂性能的测试方法为了准确评估风电螺栓用钢的应力腐蚀开裂性能，需要进行一系列的测试。

常用的测试方法包括静态拉伸试验、慢应变速率拉伸试验和悬载试验等。

这些测试方法能够模拟实际工况下的应力腐蚀开裂环境，测定钢材的抗拉强度、延伸率和断裂韧性等力学性能指标。

4. 防止应力腐蚀开裂的方法为了提高风电螺栓用钢的耐腐蚀性能并减少应力腐蚀开裂的风险，可以采取以下几种方法：4.1 选择合适的材料选择材料时应考虑其耐腐蚀性和力学性能。

一些具有抗腐蚀性能的不锈钢或高强度合金钢可作为替代材料，以提高螺栓的耐腐蚀性。

4.2 表面处理通过热处理、表面包覆涂层和阳极氧化等方法增加螺栓表面的硬度和抗腐蚀能力，从而延缓钢材的腐蚀速度。

4.3 控制环境在风力发电场的设计和运维中，应采取措施控制环境中的湿度和盐度，减少钢材表面的腐蚀程度。

例如，可以采用防护涂层、防风防尘设施等。

5. 应力腐蚀开裂的修复方法当螺栓出现应力腐蚀开裂时，及时采取合适的修复方法可以延长螺栓的寿命和可靠性：5.1 修补和更换受损的部位在发现螺栓受损区域后，可以采取修补和更换的方式，将受损部位剪切掉，并焊接新的材料。

风力发电机转子支架焊缝残余应力的实验研究

风力发电机转子支架焊缝残余应力的实验研究本文主要介绍了一项实验研究，研究对象是风力发电机转子支架焊缝的残余应力。

针对该问题，我们设计了一种实验方案，通过在实验中分析焊接材料的热膨胀系数和焊接结构的变形特征，来确定所研究焊缝的残余应力。

以下是本次实验的详细介绍。

一、研究对象风力发电机转子支架是一种重要的结构，它承担着转子的重量和向轴承传递力量的功能。

在制造过程中，需要对支架不同部件进行志接，这些焊缝在使用过程中会带来应力的积累，从而对支架产生一定的影响。

因此，本次实验选取了风力发电机转子支架的焊接缝为研究对象。

二、实验设备和方法1.采用模拟机模拟真实环境，模拟风力场中的载荷条件；2.选取温度最大值为200℃，最小值为15℃进行模拟，模拟焊接所需的温度和温度变化过程；3.焊接使用冷却水进行快速制冷，迅速降温至室温；4.采用光学法和X射线衍射等方法，进行焊接结构的性能测试和成分分析；5.通过分析焊接结构的变形特征等数据，确定焊接结构的残余应力。

三、实验结果与分析1.对焊缝位置进行成分分析，分类研究不同部位的材料性能；2.利用光学法和X射线衍射法分析焊接材料的热膨胀系数，并建立相应的计算模型；3.分析焊接材料所受的温度变化及其对结构的影响；4.将实验数据与计算模型进行对比分析，得出研究焊缝残余应力的结果。

根据实验结果，发现焊接部位存在较大的残余应力，主要是因为焊接材料的热膨胀系数与其它材料偏差较大，同时在焊接完成后体积变化巨大，生产了较大的变形力。

该残余应力将对支架的正常工作产生影响，甚至可能导致机器失效。

四、结论与建议本实验研究了风力发电机转子支架焊缝残余应力的问题，从实验设备和方法、实验结果和分析三个方面进行了详细阐述。

根据实验结果，建议制定结构优化方案，以尽可能减少焊接结构及其部件的变形和残余应力，提高风力发电机转子的使用寿命和安全性。

同时，本实验也为类似问题的研究提供了指导意见和参考依据。

在实验研究风力发电机转子支架焊缝残余应力时，对焊接材料的热膨胀系数和其它材料的性能进行了分析，并建立了相应的计算模型。

风电塔筒高强度螺栓联接的受力分析及腐蚀实验研究

涉密论文按学校规定处理。
作者签名：导师签名：
日期：年月日日期：年月日
III
湘潭大学硕士论文
第一章绪论
1.1 引言
能源与人类社会息息相关，它是发展生产和提高人类生活水平的重要物质基础。能源利用技术的每一次重大突破，都曾引起生产力的巨大发展，促进人类文明水平的提高，促进社会向前发展。目前，世界上能源的主要形式是以煤、石油为主的化石能源、核能以及可再生的水利能源、太阳能和风能。但是，人类所能够利用的化石资源是有限的，据第二届环太平洋煤炭会议资料介绍，按照目前的技术水平和采掘速度计算，全球煤炭资源还可开采200年。此外，石油探明储量预测仅能开采30多年，天然气约能开采60年。随着人口的增长和经济的发展，人们对能源的需求近年来平均以5%的速度递增，造成能源供需矛盾的加剧。如果不能尽早调整以化石能源为主体的能源结构，势必会形成对数亿年来地球积累的生物化石遗产更大规模的挖掘、消耗，由此将导致有限的化石能源趋于枯竭，人类生态环境质量下降的恶性循环。不利于经济、能源、环境的协调发展。随着人类社会的发展、科技的进步以及日益严重的资源和环境问题的挑战，世界能源结构开始经历第三次大的变革，即从煤炭、石油、天然气为主的能源系统，开始转向以可再生能源为基础的可持续发展的能源系统。1992年，联合国在巴西召开了世界各国首脑参加的世界环境与发展大会，再次强调了可再生能源的开发对环境和发展的深远历史意义。
Study on the SCC of high strength bolt and a neutral salt fog experiment of high strength bolt was investigated. It shows that the bolt being subjected to load was eroded more earlier than the others which not being subject to load. After 50 hours, the zinc layer of bolt was subjected to load has been already completely decayed, but the others which was not subjected to load was not eroded thoroughly. The load can accelerate the rate of corrosion. So in order to protect bolt conjunction, the influence of preload need to be considered in the engineering the application.

基于参数化建模的风电机组塔筒法兰联接螺栓应力计算分析

基于参数化建模的风电机组塔筒法兰联接螺栓应力计算分析李毅鹏;高俊云;姜宏伟【摘要】以某MW级风电机组塔筒法兰联接螺栓为研究对象,对载荷特点进行分析,基于ANSYS Workbench软件,采用参数化建模的方法建立计算模型.对不同预紧力、不同外载荷、不同法兰厚度下的螺栓应力变化规律进行计算分析.研究结果表明:对于承受复杂载荷的风电机组塔筒法兰联接,需考虑外载与联接螺栓应力之间的非线性关系;增加预紧力可减小螺栓应力的波动范围,降低疲劳载荷,适当增加法兰厚度可有效降低螺栓应力,提高螺栓联接强度.%Based on the ANSYS Workbench software and load characteristics analysis, the tower flange bolts assembly of a MW-class wind turbine was modeled using parameterized method. The change laws of bolts stress were calculated and analyzed at different pre-forces, external loads and flange thickness. The research shows that the nonlinearity between the loads and flange bolts stress must be considered for the tower design. Increasing the pre-forces of the bolts can decrease the fatigue loads by reducing the stress ranges. Proper adding the flange thickness can reduce bolts stress effectively.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2018(036)007【总页数】4页(P1098-1101)【关键词】风电机组;塔筒;螺栓;有限元;参数化建模【作者】李毅鹏;高俊云;姜宏伟【作者单位】太原重工新能源装备有限公司,山西太原 030024;太原重工技术中心,山西太原 030024;太原重工技术中心,山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TK830 前言塔筒是风电机组的主要部件，具有支撑风轮-机舱组件（RNA）、传递机组载荷的作用。

风力发电机组塔筒螺栓断裂对结构的影响分析

风力发电机组塔筒螺栓断裂对结构的影响分析摘要：随着传统能源的枯竭和环境问题的日益突出，风能作为一种清洁无污染的可再生能源，受到世界各国越来越多的重视。

风能是可再生的清洁能源，随着煤炭资源日益匮乏以及人们环保理念的持续加强，对风能等清洁能源的需求持续增加。

风能资源量大质优，因而风力发电受到社会各界的持续关注。

风电机组的塔式结构使塔筒承担机舱及叶片的自重及风的水平荷载，由于风速的时变特性，导致风电机组运行在交变载荷工况下，随着运行时间的增加，塔筒的连接螺栓承受的交变应力作用易引发其疲劳失效，如果定检过程中没有及时发现将引发较为严重的后果。

基于此，本篇文章对风力发电机组塔筒螺栓断裂对结构的影响进行研究，以供参考。

关键词：风力发电机组；塔筒螺栓断裂；结构；影响分析引言风电已成为我国能源电力领域的一支生力军。

风电塔作为风力发电系统的重要组成部分，是一种新型的高－柔薄壁结构，其上部的机舱、轮毂、叶片质量较大，这种“头重脚轻”的结构形式不利于风机塔承受荷载。

根据风力发电特性，其普遍所处位置与自身高度都处于比较高的位置，所以风电机组的安装成为一件技术性、安全性特别强，且工作量集中的工作，风电塔筒在风力发电机组中主要起支撑和最外层保护作用，同时吸收机组震动，其安装质量的好坏、效率高低直接关系到整个发电机组的正常运行和施工单位的经济效益。

1风力发电机发电能力评估风力发电机的等效风能利用小时数是衡量项目发电性能的重要指标，它就是风力发电机年发电量与容量的比值。

对于单台机组，它是单台风机年发电量与机组容量的比值。

所以可以从分析单台风机的等效风能利用小时数入手。

统计单台机组的发电量，将单台机组发电量加上限电、故障、检修等损失电量折算为等效利用小时数，对风电场同型号机组的等效利用小时数进行排序，并将实际风速与等效利用小时数进行对照分析，可以筛选出相同风速条件下等效利用小时数低于平均值的机组。

风机功率曲线是风力发电机组发电能力的最直接体现。

采用VDI2230的风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓强度分析.

设备设计/诊断维修/再制造现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2011年第5期采用VDI2230的风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓强度分析*陈真,杜静,何玉林,刘卫,冯博(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044)摘要:针对风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓轴线与法兰横向对称中心线不一致,且螺栓所受外载荷为偏心载荷的问题,基于VDI2230螺栓联接理论对法兰联接处螺栓进行理论分析,计算出实际工况下螺栓螺纹处的等效应力,采用有限元理论对法兰联接处螺栓在MSC.Marc/Mentat环境中进行接触强度分析,有限元结果与理论计算结果基本吻合。

研究为螺栓联接强度分析提供了新的思路。

关键词:螺栓;VDI2230螺栓联接理论;风力发电机;有限元中图分类号:TM614 文献标志码:A 文章编号:1671 3133(2011)05 0125 05 StrengthanalysisofboltjointonwindturbinetowerflangebasedonVDI2230 CHENZhen,DUJing,HEYu lin,LIUWe,iFENGBo (TheStateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission,ChongqingUniversity,Chongqing4 00044,China)Abstract:Fortowerflangeandboltjointofwindturbine,theaxisofboltisinconsistentwiththeho rizontalsymmetryaxisofflange.Theboltofflangesufferedeccentricload.Thetheoreticalanal ysisofsuchcasewascarriedoutreferringtothetheoryofVDI2230.Equivalentstressunderactu alconditionwasobtained.Onbaseoffiniteelementtheorycontactstrengthanalysisofflangean dboltswereconductedinMSC.Marc/Mentat.Theresultoffiniteelementanalysisisapproxima telyagreeablewiththetheoreticalresult.Providesanovelapproachforstrengthanalysisofbolt. Keywords:VDI2230;boltjoint;windturbine;finiteelement0 引言塔筒法兰联接处螺栓作为风力发电机组重要的联接件,其联接的可靠性决定着整个风力发电机组的整体可靠性,传统螺栓联接强度理论只对螺栓组联接受轴向载荷或受倾覆力矩的情况进行了简单分析[1]论在MSC.Marc/Mentat环境中进行螺栓接触强度分析,为螺栓联接设计提供新的理论依据。

风电机组螺栓联接拉伸预紧分析_韩德海

Key words Wind turbine Bolt Pretent ion Finite element analysis
0 引言
螺栓联接是风力发电机组结构中的重要联接方式, 在传递外载荷的各大部件之间, 普遍采用公称直径在 M30 及以上的大螺栓。螺栓预紧后结构获得的夹紧力对于机组的安全运行十分重要, 在机组设计中需要专门考虑[ 1] 。但由于螺栓联接的复杂性, 夹紧力受到很多结构和工艺因素的影响[ 2] 。
河北泊头人工程师图12新设计主轴疲劳强度安全系数结语借助于proeansysfesafe软件建立某型号铁路轴承实验机主轴的数字化模型不但分析计算了改进前主轴的静应力和疲劳强度确定了主轴发生断裂的原因为主轴的改进设计奠定了理论基础
第 35 卷第 12 期
风电机组螺栓联接拉伸预紧分析
91
文章编号: 1004- 2539( 2011) 12- 0091- 03
收稿日期: 20110527 作者简介: 韩德海( 1983- ) , 男, 河北泊头人, 工程师
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图 12 新设计主轴疲劳强度安全系数
5 结语
借助于 Pro/ E、ANSYS 和 Fe- Safe 软件建立某型号铁路轴承实验机主轴的数字化模型, 不但分析计算了改进前主轴的静应力和疲劳强度, 确定了主轴发生
断裂的原因, 为主轴的改进设计奠定了理论基础; 而且计算了改进后主轴的静应力和疲劳强度, 确认了改进措施的有效性。另外, 提供了一套相对完整的采用 ANSYS 与 Fe ) Safe 相结合进行有限元疲劳分析的方法流程, 对解决类似问题具有重要的参考价值。
参考文献
[ 1] 赵海峰, 蒋迪. ANSYS8. 0 工程结构实例分析[ M ] . 北京: 中国铁道出版社, 2004: 218- 219.

MW级风力发电机组轮毂连接螺栓接触强度分析

Strength analysis of bolt on MW class w ind turbine hub connections
H E Yu lin , LE I Z eng hong, SH I B ing nan ( The State K ey Laboratory o fM echan ica l T ransm issio n , Chongq ing Un iversity , Chongq ing 400044 , Ch in a)
3 轮毂连接螺栓接触强度分析
3 . 1 轮毂与变桨轴承连接螺栓接触强度分析由于连接叶片的三个轮毂法兰对称分布 , 故取其中一个法兰, 建立该法兰的详细特征, 略去螺栓安装时使用的垫片和某些次要的结构特征, 并进行接触分析。其余两个变桨轴承和轮毂采用螺栓连接 , 简化处理为: 变桨轴承和轮毂法兰合并节点; 叶片假体和变桨轴承采用螺栓连接 , 简化处理成合并两部件结合面处的节点; 主轴和轮毂法兰采用螺栓连接 , 简化后 , 采用合并节点的方式连接主轴法兰和轮毂法兰 ; 用一段圆柱代替变桨电动机小齿轮, 圆柱与轮毂采用合并节点方式连接。采用 m arc 中单元号为 hex8 线性六面体单元划分, 单元大小为 40~ 60 mm, 总的单元数达到 158023 个。 3 . 1 . 1 接触分析参数的设定在接触分析模型中 , 设定了轮毂法兰盘接触体、轴承接触体和螺栓接触体 3 个可变形接触体。轮毂法兰盘螺栓连接的接触分析的有限元模型见图 2。
2011 年第 4 期
2 轮毂受力分析
[ 1]
3 . 1 . 2 载荷和边界条件在全局坐标系下限制主轴断面节点的 3 个方向平动自由度。在局部坐标系下约束 60 个螺栓径向平动自由度 , 即约束垂直于螺栓轴线方向的平动自由度 , 以消除刚体位移。在每个叶片上建立局部坐标系 , 局部坐标系建立方法依据风力机认证规范。然后在每个叶片假体的中心建立一个 RBE3 类型的多点约束, 将各工况载荷中的力 F x 、 F y、 F z与力矩 M x 、 M y施加于 RBE3 集中点上。同时在每个变桨电动机齿轮与变桨轴承齿轮接触线处 , 建立 RBE 3类型的多点约束 , 在变桨电动机局部坐标系下, 将各工况载荷的 M z (叶片根部局部坐标系下 Z 方向的力矩 ) 转化为变桨电动机齿轮的周向力 F t和径向力 F r, 施加于 RBE3 集中点上。其中, 力矩 M z等效为变桨电动机齿轮的周向力 F t 和径向力 F r, 可依据标准直齿圆柱齿轮传动计算, 大小齿轮传动比 i1 = 139 / 15 , 设小齿轮直径为 d, 压力角为 , 3 支叶片上作用力矩分别为 M zi ( i= 1 , 2 , 3 ) 。则小齿轮上的变浆力矩大小为 M z i / i1; 作用在小齿轮上的周向力 F t i及径向力 F r i为 : F ti = 2000 M z i /d F r i = F ti tan 加载分两个工况进行, 第 1个工况中给 60 个螺栓施加预紧力, 建立各部件间的接触关系; 第 2个工况是在螺栓预紧的情况下施加极限载荷, 求得各零 /部件的强度。 3 . 1 . 3 材料属性轮毂材料为 QT400球墨铸铁 , 叶片轴承由高强度合金钢组成 , 主轴和螺栓都是由高强度碳钢制成, 其属性如表 1 所示。