风力发电机组主轴胀套联接有限元分析
风电轴承的有限元分析与优化设计
风电轴承的有限元分析与优化设计概述：随着可再生能源的蓬勃发展，风力发电作为一种重要的清洁能源方式，受到了广泛关注。
在风力发电系统中，风电轴承是起到支撑重要作用的关键组件之一。
因此，对于风电轴承的分析和设计优化显得尤为重要。
本文将探讨风电轴承的有限元分析与优化设计，以提高其性能和可靠性。
1. 引言风电轴承作为风力发电机组的核心组成部分，负责承受巨大的径向和轴向力，并保证发电机高速转动的稳定性和寿命。
因此，对风电轴承进行有限元分析和优化设计，可以高效地改善其性能和可靠性。
2. 有限元分析有限元分析（FEA）是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，通过将结构分割为有限数量的离散元素来近似连续结构，并以更好的方式掌握其力学行为。
在风电轴承的分析中，有限元分析可以帮助工程师了解其受力情况、变形情况和可能出现的失效机制。
通过有限元分析，可以预测并改善风电轴承的性能。
在进行有限元分析之前，首先需要获取风电轴承的几何模型。
该模型可以通过计算机辅助设计（CAD）软件或三维扫描仪生成。
然后，将模型导入有限元分析软件中，并定义适当的材料属性、边界条件和加载情况。
通过施加不同的载荷情况，可以模拟风电轴承在工作条件下承受的力和压力。
有限元分析的结果包括应力分布、变形情况和刚度特性等。
根据这些结果，可以确定风电轴承的潜在问题和改进方向。
例如，如果发现应力过大或变形超过允许范围，可以通过调整轴承的结构或材料来提高其性能。
3. 优化设计基于有限元分析的结果，可以进行针对风电轴承的优化设计。
优化设计的目标是通过最小化重量、最大化刚度或最小化应力等指标来改善风电轴承的性能。
在优化设计过程中，可以采用不同的方法，例如参数化设计、拓扑优化和智能优化算法。
参数化设计将风电轴承的几何形状和结构参数作为设计变量，并通过计算机模拟和优化算法寻求最优解。
拓扑优化则可以通过优化材料的分布来改善风电轴承的性能。
智能优化算法如遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等，可以更快地找到最优设计。
风力发电机主轴的非线性接触有限元分析_何玉林
风力发电机主轴的非线性接触有限元分析＊何玉林,韩德海,刘桦,杜静(重庆大学机械工程学院,重庆400030)摘要:使用非线性接触有限元方法对风力发电机主轴零件进行结构分析。
模型模拟了轴承和轴套对主轴的非线性支承条件以及轴承的调心转动,给出静强度和疲劳寿命计算结果。
分析结果表明,该主轴的强度、刚度和疲劳寿命满足设计要求。
关键词:风力发电机;主轴;有限元法;非线性接触;结构分析中图分类号:T H123+.3 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2009)06—0061—04S t r u c t u r a l a n a l y s i s o f w i n d t u r b i n e m a i ns h a f t u s i n g n o n l i n e a r c o n t a c t m e t h o dH EY u-l i n,H A ND e-h a i,L I UH u a,D UJ i n g(C o l l e g e o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,C h o n g q i n g U n i v e r s i t y,C h o n g q i n g400030,C H N)A b s t r a c t:T h e s t r e n g t ha n df a t i g u e l i f e o f a w i n dt u r b i n e m a i ns h a f t w a s c o m p u t e d.N o n l i n e a r c o n t a c t f i n i t e e l e m e n t m e t h o dw a s u s e dt o r e p r e s e n t s u p p o r t o f b e a r i n g a n ds l e e v e t o t h e s h a f t a n d t o s i m u l a t e t h e b e a r i n g s s e l f-a l i g n i n g b e h a v i o r.T h e r e s u l t s i n d i-c a t e t h a t t h e s t r e n g t h,s t i f f n e s s a n df a t i g u e l i f e o f t h e m a i ns h a f t m e e t d e s i g nr e q u i r e m e n t s,a n d t h e m e t h o di s e f f e c t i v e.K e y w o r d s:w i n d t u r b i n e s;m a i n s h a f t;f i n i t ee l e m e n t m e t h o d;n o n l i n e a r c o n t a c t;s t r u c t u r a l a n a l y s i s0 引言风力发电机主轴承担着支承轮毂处传递过来的各种负载的作用,并将扭矩传递给增速齿轮箱,将轴向推力、气动弯矩传递给机舱、塔架,是风力发电机组中重要的部件,其设计安全性和合理性直接影响整个机组的性能。
风力发电机组关键部件的有限元分析
1、可以对复杂几何形状和材料属性进行模拟，从而得到更精确的结果。 2、可以考虑各种边界条件和外部载荷，以实现对真实工作条件的准确模拟。
3、可以对各种材料和结构进行建模，以优化其性能和可靠性。
在风力发电机组关键部件的有限元分析中，通常需要选择合适的单元类型和材 料属性，并应用以下步骤进行分析：
1、对部件进行几何建模，并确定材料属性（如弹性模量、泊松比等）。
1、增加数据样本的数量和多样性，以提高故障诊断模型的泛化能力和准确性。
2、深入研究深度学习算法，尝试引入新的网络结构和训练策略，以提高故障 诊断模型的性能。
3、针对风力发电机组的关键部件故障，开展更为深入的分析和研究，以提出 更为针对性的维修策略和预防措施。
4、将本研究成果应用于实际风力发电站，进行现场验证和优化，以推动风力 发电技术的进一步发展。
2、轴承有限元分析
通过对轴承进行有限元分析，可以得出其应力、应变分布情况，以及接触应力 和表面磨损等信息。这有助于优化轴承的结构设计，提高其承载能力和使用寿 命。
ห้องสมุดไป่ตู้
3、齿轮有限元分析
通过对齿轮进行有限元分析，可以得出其应力、应变和功率变化等情况。齿轮 的工作过程中，接触应力和弯曲应力是导致其失效的主要原因。因此，通过有 限元分析，可以优化齿轮的结构设计，降低接触应力和弯曲应力，从而提高齿 轮的可靠性和使用寿命。
3、齿轮：齿轮是风力发电机组中重要的传动部件，它将风能传递给发电机。 齿轮需要具有高强度和耐磨性，以确保长期稳定的工作。
二、有限元分析方法
有限元分析（FEA）是一种数值分析方法，它将一个连续的物理系统离散成由 有限个单元组成的模型，并通过计算得出每个单元的响应，从而对整个系统进 行仿真分析。在风力发电机组关键部件的分析中，有限元法具有以下优势：
风力发电机组结构设计技术
第三章风力发电机组结构设计技术风力发电机组的结构设计内容主要包括叶片、轮毂、偏航系统、主轴、主轴承、齿轮箱、刹车系统、液压系统、机舱及塔架的结构设计。
一、风力发电机组的结构设计基本设计原则1. 技术性尽可能采用成熟的新技术、新材料、新工艺，保证风力发电机组满足总体设计技术指标。
2.经济性经济性包括风力发电机组产品的制造成本、运行及维护成本，对不同使用目的的风力发电机组，其经济性是不同的。
3.可靠性应该科学、合理的综合考虑技术指标、经济性指标，最终满足可靠性指标。
二、风力发电机组结构设计的一般要求部件设计的主要任务是选择部件的结构形式，布置结构的主要构件、确定构件的尺寸参数等。
在这个基础上进行具体的细节设计，绘制出全部的工程图。
设计工作的突出特点是在多种矛盾的要求中，进行折中和优化风力发电机组结构设计一般要求：1.强度、刚度要求各受力构件及其组合部件必须能承受设计规范规定的各种状态载荷。
除此以外，还应满足刚度的要求，这一点对某些部件尤其重要（如机舱底盘平台、叶片、塔架等）。
2.空气动力要求风力发电机组是利用风能转换为机械能，再转化为电能的一个系统，因此，对于构成气动外形的部件应满足空气动力方面的要求，如气动效率高、气阻小等。
这个要求不仅影响部件的外形设计还影响到部件的结构设计，即气动外形设计既要考虑有效外形要求，又要考虑结构强度和刚度的要求。
3. 动力学要求区别于一般机械结构设计的要求，风力发电机组动部件所受载荷是交变载荷，设计时，应考虑质量、刚度分布对构件、整机的固有特性的影响，使得部件、整机的固有频率避开激振力频率，降低动应力水平、提高部件以及整机的寿命、可靠性。
4. 工艺性要求结构的工艺性是指在具体生产条件和一定产量的前提下，所设计的结构能使其在生产过程达到多快好省的可能性程度。
工艺性也是风力发电机组能否产业化的关键。
三、结构优化设计所谓结构的优化设计是从各种可能的多个结构设计方面中寻求满足设计要求的最好方案。
基于有限元方法的风力发电机组结构设计研究
基于有限元方法的风力发电机组结构设计研究随着环保意识的不断提高，可再生能源的应用越来越广泛，其中风能作为一种核心的清洁能源类型备受瞩目。
风能发电已被广泛应用于各个领域，但要想高效地利用风能，在风能发电的系统中，风力发电机组结构设计的质量至关重要。
在设计过程中，有限元方法是一种被广泛应用的分析方法，它可以在一定的精度和计算量的范围内进行疲劳寿命和承载能力等结构评估。
本文将从有限元方法基础、风力发电机组结构设计中的重要因素、以及优化方法的应用，对风力发电机组结构设计问题进行一定的探讨。
一、有限元方法基础有限元方法是一种将实际的物理问题转化为数值计算问题的方法。
它将物理模型离散化为有限数量的单元，通过构建单元的刚度矩阵和质量矩阵来刻画模型的物理特性。
有限元法可以对结构进行分析和计算，求得结构响应和应力分布等物理量，进而对结构进行优化。
有限元方法的基础可以简化为四步：（1）建模：将结构离散化为有限元素的组合，用节点连接这些元素，建立计算模型（2）处理：对计算模型进行单元组装，求解结构刚度矩阵（3）求解：通过解析数学方程，得出结构的应力、应变、位移、刚度、质量等参数（4）后处理：根据计算结果，分析、解释、评估结构的疲劳寿命、承载能力等。
二、风力发电机组结构设计中的重要因素（1）塔筒设计塔筒是风力发电机组的支撑结构，它要承受巨大的重力和风荷载，并且要对疲劳寿命和抗雷电等方面进行评估。
在塔筒设计中，有限元方法可以帮助工程师对塔筒结构进行模拟分析，以评估哪些元素需要加固，哪些元素可以削减。
此外，还可以根据不同气候条件模拟分析塔筒的抗风性能、抗震性能。
（2）叶片设计叶片是风力发电机的核心装置，它要承受较高的风速和振荡荷载，同时还要确保叶片的强度、硬度、稳定性、疲劳寿命等指标的满足。
在叶片设计中，有限元方法可以通过建立叶片的三维模型来分析叶片在不同工作和环境条件下的振动特性、应力分布等。
设计师可以利用分析结果，来进行优化，确保叶片的性能达到最优。
基于有限元分析的海上风力发电用轴承结构优化设计
基于有限元分析的海上风力发电用轴承结构优化设计海上风力发电是利用海洋上的风能发电的一种清洁能源形式，其具有可再生、环保、高效等特点，被广泛应用于海洋能源开发领域。
轴承作为海上风力发电系统中重要的组成部分，起着支撑和保持风机转子旋转平稳的作用。
因此，对于海上风力发电用轴承的结构优化设计具有非常重要的意义。
有限元分析方法是一种常用的工程计算方法，可以有效地模拟和分析复杂结构的力学性能。
在海上风力发电用轴承的优化设计中，有限元分析可以用于评估轴承结构在各种载荷条件下的应力、变形和振动等性能指标，从而为轴承结构的优化设计提供科学依据。
首先，优化设计的目标是提高海上风力发电用轴承的承载能力和耐疲劳性能，同时降低结构的重量和成本。
为了实现这一目标，可以采用形状优化和材料优化两方面的方法。
在形状优化方面，可以通过改变轴承的几何形状来提高其力学性能。
例如，将轴承的截面形状进行调整，可以增加其受力面积，从而提高承载能力。
此外，合理设计轴承的表面形式和结构参数，可以减小轴承在工作过程中的摩擦和磨损，提高轴承的运转效率和使用寿命。
在材料优化方面，可以选择合适的材料来制造轴承，以满足其在海上恶劣环境下的使用要求。
海上环境具有高湿度、高盐度、高腐蚀性等特点，因此轴承所选材料必须具有较好的耐腐蚀性和耐久性。
在材料选择上，可以考虑使用高强度钢材或者耐蚀合金材料，并进行相关的表面处理，以延长轴承的使用寿命。
此外，在有限元分析过程中，还需要考虑轴承的装配条件和工作环境。
轴承的安装方式和紧固方式对于轴承的性能和稳定性具有重要影响，因此在优化设计过程中需要考虑这些因素。
此外，要充分考虑轴承在高速旋转和大扭矩作用下的稳定性和可靠性，以保证整个海上风力发电系统的安全运行。
综上所述，基于有限元分析的海上风力发电用轴承结构优化设计是一项复杂而重要的工作。
通过形状优化和材料优化两方面的努力，可以提高轴承的承载能力和耐疲劳性能，降低结构的重量和成本。
大型风力发电机组关键部件的有限元分析
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基于有限元分析的风电联轴器结构安全性能研究
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基于有限元分析的风力发电机组结构优化研究
基于有限元分析的风力发电机组结构优化研究随着能源问题日益严重，风力发电逐渐成为一种被广泛运用的能源利用形式。
其中，风力发电机组的结构优化研究因其能够在提升发电效益的同时减少设备损耗而备受关注。
本文将基于有限元分析的方法，对风力发电机组结构优化进行研究探讨。
第一部分：风力发电机组结构分析风力发电机组通常包括叶轮、发电机、齿轮减速箱等组成部分。
其中，叶轮是风力发电机组中最关键的部分，其结构的设计与优化直接影响着整个风力发电机组的发电效益。
叶轮的主要结构包括叶片、减速器、轴承、轴等部分。
叶片是叶轮结构中最重要的组成部分，其形状、尺寸和材料选择等参数的优化都将影响着叶轮的整体性能。
因此，在叶轮结构的优化设计中，需要依靠理论计算和实验测试相结合的方法，进行叶片结构参数的选取和优化。
第二部分：基于有限元分析的风力发电机组结构优化有限元分析是一种常用的工程结构分析方法。
其原理是将结构分割成有限的部分，在每一部分上建立一个方程，然后将所有方程联立起来，形成一个求解整个结构的模型。
通过此方法得到的结果可以较准确地反映结构的受力性能和变形情况。
于是，我们可以运用有限元分析的方法，对风力发电机组整体结构进行力学分析和优化设计。
在此过程中，可以对各个结构部件的力学特性进行模拟计算，以寻求最佳设计方案。
第三部分：风力发电机组结构优化设计的实例以某型号风力发电机组为例，我们可以运用有限元分析的方法对其结构进行优化设计。
首先，通过对叶轮结构进行分析，确定其所受力的大小和方向，进而确定叶片和叶轮的结构尺寸和材料选择。
其次，利用有限元模拟计算的方法，对叶轮的应力和变形等参数进行分析。
在此基础上，可以进行优化设计，如调整叶片倾角、优化叶片虚弯等参数，进而改善整个叶轮结构的力学性能。
最后，根据优化设计方案，对风力发电机组的结构进行再次设计和调整，并进行实验验证。
在实验的过程中，需要对叶轮的输出功率、风速响应等参数进行测试和分析，以验证优化设计方案的可行性和有效性。
2MW风力发电机关键零部件有限元分析
摘
要： 有限元就是用具有一定大小的单元对原来连 续的物体力学模型进行 离散 。 这些单元仅在为数不 多的节点上相连
接， 然后将等效力代替 实际作 用于单元的外力并施加在 节点上。为每个单元选择一个能够表示单元位移分布规律的形函
数 ，根 据弹性力 学理论中的变分原理 建立单元节点力和位移之间的方程。最后把 这种所有的单元联 立起 来组成方程组
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1[1].0-YH_风电机组结构有限元分析概述__风电_ANSYS_FEA
![1[1].0-YH_风电机组结构有限元分析概述__风电_ANSYS_FEA](https://img.taocdn.com/s3/m/8db2d840be1e650e52ea99b4.png)
加载及约束
2008 风电机组结构有限元分析培训
结构有限元分析的技术要点
强度及变形
振动模态
屈曲稳定性 连接(螺栓，焊接)强度 疲劳寿命
塔架的屈曲稳定性分析
计算域 有限元网格 有门框和无框
特征值屈曲计算
塔架
2008 风电机组结构有限元分析培训
结构有限元分析的技术要点小结
几何模型简化
电磁分析
电气系统（如电机）的模拟
控制系统的模拟
防雷模拟
机械结构分析
整体、零部件、连接部件等
强度、振动、稳定性、疲劳等
运动系统（如运动系统）的运动模拟
耦合场分析
流固耦合（如叶片）
2008 风电机组结构有限元分析培训
结构有限元分析的技术要点
复合材料叶片模型建立 复合材料 叶片
风电机组 有限元分析概述
王昱皓 博士 北区咨询服务部 经理 安世亚太科技（北京）有限公司
主要内容
风电机组的设计
设计内容及依据 设计原则与方法 设计评估
风电机组的有限元分析
有限元分析基本内容 结构有限元分析的技术要点
有限元分析实例展示
小结
2008 风电机组结构有限元分析培训
设计模型＝》分析模型
网格划分
高阶&低阶 四面体&六面体 实体单元&壳体单元&梁单元 网格疏密
模型连接
螺栓连接
接触关系
载荷及约束
载荷作用点及载荷传递 轴承支撑
螺栓预紧
求解计算 结果评估
合理有效 符合工程实际
2008 风电机组结构有限元分析培训
风力机轴承的有限元分析
目录中文摘要 (1)英文摘要............................................... 错误!未定义书签。
1 引言 (3)1.1 课题研究背景 (3)1.2 风电轴承简介 (4)1.3自动调心滚子轴承及风力发电机主轴轴承研究 (5)1.4本文主要研究内容 (7)2 轴承分析应用概述 (8)2.1 有限元分析技术基础概念 (8)2.2 ANSYS软件简介 (10)3 接触分析............................................ 错误!未定义书签。
3.1概述............................................. 错误!未定义书签。
3.2一般接触分类..................................... 错误!未定义书签。
3.3 ANSYS接触分析功能.............................. 错误!未定义书签。
3.4面-面的接触分析................................. 错误!未定义书签。
4 轴承接触分析 (16)4.1轴承的导入 (16)4.2 轴承的有限元动态接触分析 (17)4.2.1划分网格 (17)4.2.2创建接触对 (17)4.2.3施加边界条件和载荷 (19)4.2.4计算结果分析 (20)4.3 理论计算及验证 (25)4.3.1 Hertz接触理论............................. 错误!未定义书签。
总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)风力机轴承的有限元分析摘要：轴承是风力发电机传动系统重要的构成部件，所以对其进行结构优化设计和性能分析是非常必要的。
通过查阅大量关于轴承分析的资料，对风力机轴承的工作特性做了一定的了解。
由于受力状况以及轴的变形的影响，风力机的主轴轴承必须有良好的调心性能，因而调心滚子轴承作为主要的主轴轴承。
风力发电机组铸造主轴胀套联接应力测量与分析
Equipment Manufacturing Technology No.8,2020风力发电机组铸造主轴胀套联接应力测量与分析裘园1,何先照1,应华冬2（1.浙江运达风电股份有限公司，杭州310012；2.浙江省风力发电技术重点实验室，杭州310012）摘要：对风力发电机组铸造主轴与齿轮箱的胀紧套联接的强度校核，建立简化的主轴胀紧套联接模型，分别采用拉梅方程计算、有限元仿真，对联接强度进行校核。
在胀紧套安装时，通过在钢套内侧贴应变片，获得胀紧套安装前后钢套的应力变化。
将试验测得的应力值，与拉梅方程和有限元仿真得到的结果进行对比，可以得到拉梅方程计算得到的结果与真实应力存在较大的偏差，而有限元仿真能够更好的模拟胀紧套联接的实际应力。
关键词：主轴；胀紧套;有限元;应力测量中图分类号:TK83文献标识码:A文章编号：1672-545X（2020）08-0062-05铸造工艺具备成品率高,质量稳定,便于批量生产的特点，因此风力发电机组主轴广泛开始采用铸造工艺进行生产。
而风力发电机组主轴与齿轮箱的联接，主要采用胀紧套联接的形式,该联接方式具备构造简单,传扭能力高,抗冲击载荷等的优点叫为了能够将主轴的扭矩传递给齿轮箱，胀紧套对主轴必须要有足够的抱紧力。
陕西科技大学的张锋等介绍了运用方胀紧套的叫大学的等用有限元软件分析了不的间对胀紧套接触应力的叫等对方有限元分析了对叫为了将有限元分析与力进行，对大MW风电机组的胀紧套进行力量，主轴套,量胀紧套套的，而套的力,将方的有限元进行对,而为主轴胀紧套的优1胀紧套工作原理风力发电机组主轴胀紧套与齿轮箱的1,主轴将风轮产生的扭矩胀紧套传递齿轮箱，齿轮箱传递给发电机。
胀紧套JB/T7934-1999胀紧联套型式与，构1，紧间的，产生轴力，为的紧力，行紧主轴，而产生足够的力，将主轴的扭矩传递到齿轮箱。
了，限的对位移，从而既保证胀紧套有足够的扭矩传递能力，又不至于使各部件的力超许用应力。
有限元接触分析在风力发电机联接部件上的应用
２１ ０ ０年 １ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵ ＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎ ｏ． ６ Ｄｅ ． ｃ
文章 编 号 ： ６ ２ ６ １ （ ０ ０ ０ — ０ １ ０ １ ７—４ ３ ２ １ ）６０ ３—３
的风能驱 动叶轮 转动 ，并带 动发 电机按 照 设计 的额定 功率 发 电。 因此 ，为确保 机组 的正 常运行 ，要求 合理 地 安装风 力发 电机塔架 ， 证塔 架根基稳 定口 。 运行 保 ］在 过 程 中，风机上 各部件 所受 到的载荷应 当是随着 风 叶
转动 而呈周期 性分 布 的。接触 面在这种 于接 触应 力的反 复作用 ，首先 会在表 面产生 疲 劳裂纹 ，然 后沿着 与表 面呈某一 角度 的方 向发展 ，最后 以 甲壳状 的小 片脱 落 ，在零件 表面产 生一个 个小 坑 ，使 零件 表 面的接 触面减 小形成 应力集 中源 ，使得零 件之 间传 递 载荷 的能力降 低 。另外 ，由于相 接触表 面的平 滑性 被 破 坏 ，工作 时 可能会 引起振 动 、噪声 。而对于 风力发 电机来讲 ，这些 振动 的产生将 直接 影响所 发 出的 电信 号 的稳定性 ，影响发 电质量 和可利用 率 。 目前 国内外对机械设计 中的非线性接触分析展 开了 很多的研究工作 ， 已经取得 了大量 的研究成果 ， 并 主要集 中在对于摩擦 接触 问题 中的边 界元法及其 最优罚 因子、 预紧力作用下的静接触问题 等方面的研究【 。 ２ ］ 本 文 旨在通过对 塔架底 部 的螺栓联 接部分 做接 触 分析 ， 出在 塔架 和地面基 础 的接触面 上 的应 力分 布 ， 得 并 预测 出最 易发生 破坏 的螺栓 的位置 ，为有效 预 防接 触 面点蚀 失效 和螺栓 失效提 供依据 Ｉ ］ ３ 。 “ １ 塔架 底部螺 栓联接 接触模 型 的建立 本文 以 ７ ０ｋ 级 风力 发 电机 组 塔架 （ ５ Ｗ 圆筒 式 ） 为 研究 对象 ，筒体通 过 下法兰用 地脚螺 栓 固定在 风力发 电机组基础 上 。 架所用 材料为 Ｑ２ ５ 材 料屈 服强度 塔 ３，
基于abaqus的风力发电机组桩柱形支撑结构的有限元分析
基于abaqus的风力发电机组桩柱形支撑结构的有限元分析风力发电是一种可再生能源，近年来在全球范围内得到了广泛的应用和发展。
为了提高风力发电机组的稳定性和安全性，设计一个合适的支撑结构成为了必要的工作。
本文基于Abaqus软件，对风力发电机组的桩柱形支撑结构进行有限元分析，旨在评估其受力性能和结构稳定性。
1. 引言在风能资源丰富的地区，风力发电已成为一种重要的清洁能源。
风力发电机组通常由塔架、桨叶、发电机等组成，其中塔架作为整个机组的主要支撑结构，对机组的稳定性起着至关重要的作用。
因此，对塔架的设计和分析具有重要意义。
2. 分析方法本文采用有限元方法进行风力发电机组的桩柱形支撑结构分析。
有限元方法将复杂的结构离散化为单元，通过数学模型模拟结构在受力情况下的行为。
Abaqus作为一种强大的有限元分析软件，可以模拟和分析各种结构在不同受力情况下的响应。
3. 模型建立在Abaqus中，首先建立风力发电机组的三维模型，包括塔架、桨叶和发电机等。
然后根据实际情况设置材料参数、约束条件和加载条件。
根据设计要求，选择合适的单元类型和网格划分方法，确保模型的准确性和计算效果。
4. 材料参数在风力发电机组的桩柱形支撑结构中，各个部件的材料参数是有限元分析的基础。
根据实际情况，选择合适的材料模型和相应的参数。
例如，塔架可以采用钢材料，桨叶可以采用复合材料。
通过对材料的力学性能进行测试和分析，获取其材料参数。
5. 约束条件在有限元分析中，为了模拟真实情况，需要设置适当的约束条件。
对于风力发电机组的桩柱形支撑结构，一般需要设置固定支座、约束位移或自由边界等约束条件。
这些约束条件可以在Abaqus中进行设置，并与实际情况相匹配。
6. 加载条件针对风力发电机组的桩柱形支撑结构，需要考虑到风荷载和地震荷载等外部加载条件。
通过合理设置加载条件，可以对结构的受力情况进行模拟和分析。
在Abaqus中，可以设置不同类型和大小的加载条件，并观察结构的响应。
基于有限元分析的风力发电机组结构优化研究
基于有限元分析的风力发电机组结构优化研究概述：风力发电作为一种可再生能源，已经得到了广泛的应用和研究。
然而，当前风力发电机组的结构存在一些问题，比如重量过大、振动和噪音过大等。
因此，本文通过基于有限元分析的方法，对风力发电机组的结构进行优化研究，以提高其性能和可靠性。
1. 有限元分析的原理及应用有限元分析是一种计算工程力学的方法，通过将结构划分为许多小的有限元单元，然后通过数值计算的方法，求解结构的应力、变形等物理量。
有限元分析具有较高的精度和适用性，在工程设计分析中得到了广泛的应用。
2. 风力发电机组的结构风力发电机组由塔架、机舱、叶片等组件组成。
塔架承载整个机组的重量，并将其固定在地面上。
机舱包含发电机和控制系统，负责产生电能和调节风向。
叶片是将风能转化为机械能的关键组件。
3. 结构优化的目标与方法通过有限元分析，可以分析机组结构的应力分布、振动特性等。
在优化中，我们的目标是降低结构的重量、减小振动和噪音，提高结构的稳定性和耐久性。
优化方法可以采用遗传算法、粒子群算法等智能算法，也可以采用参数化设计和灵敏性分析等方法。
4. 材料优化材料的选择对机组结构的性能有重要影响。
优化材料的性能可以从两个角度进行：一是根据结构的应力分布，选择合适的材料以满足强度和刚度要求；二是根据材料的物理特性，选择具有良好耐久性和防腐蚀性的材料。
5. 结构拓扑优化结构拓扑优化是指通过改变结构的拓扑形态，达到优化结构性能的目的。
拓扑优化的方法可以通过增减材料的方式，调整结构的稳定性和刚度。
通过有限元分析，可以对不同的拓扑形态进行仿真分析，选取最优解作为改进的结构形态。
6. 结构参数优化除了拓扑形态的优化，结构的参数调整也可以改善结构的性能。
例如，通过改变塔架的高度和厚度，可以减小风力对机组的作用力；通过调整叶片的扭曲角度和长度，可以提高叶片的风能转化效率。
通过结构参数的优化，可以获得更加合理和高效的结构设计。
7. 系统集成与优化风力发电机组是一个复杂的系统，其每个组件之间的相互作用会对整体性能产生影响。
基于MSC．Patran风电机组主轴的有限元分析
风电机组使用环境条件差,零部件所受的载荷变化多变,使得风电机及其零部件的使用寿命减少。
尤其是风电机组的主轴,除自身重力外,还受风轮通过轮毂传导过来的主扭矩及轴向推力,一旦发生失效,整个风机将不能工作,因此需对主轴进行极限强度校核。
采用经典力学方法很难直观地分析其受力状况,本文采用有限元方法对辽河石油装备制造总公司1.5MW 风电机组主轴分析。
1 静态分析理论静态分析是在不考虑惯性、阻尼特性基于M S C.P a t r a n 风电机组主轴的有限元分析张敬 杨立东 刘奋勇 陆洋(辽河石油装备制造总公司 辽宁盘锦 124010)摘 要:风电机组主轴承载着极其重要的载荷,为验证主轴自身结构的合理性,以有限元分析软件MSC.Patran作为分析平台对其进行强度分析。
分析结果表明:在各极限载荷工况下,主轴的最大应力值均小于材料的许用应力,满足材料的强度要求,能够达到最初的设计要求。
关键词:风电机组 主轴 有限元分析中图分类号:T M315文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)04(b)-0103-02以及变载荷等因素的情况下,对模型施加恒定载荷进行应力和位移的分析,此过程可施加重力、离心力等稳定惯性载荷的作用。
线性结构静态分析总的等效方程为:F u K 或 r a F F u K (1)式中: K 为总刚度矩阵；Nm e K K 1; u 为节点位移矢量; eK 为单元刚度矩阵;rF 为支反载荷矢量; aF 为所受的总外载荷。
由式(1)可推导出各节点的位移矢量u ,根据位移插值函数及弹性力学中应变、位移、应力间的关系式,各节点应变/应力关系式可表示为:thelu B (2)el D (3)式中:el 为应力引起的应变; B 为节点应变，位移矩阵； 应力矢量； D 弹性矩阵。
由式(2)和(3)即可推导出各节点相应的应力和节点位移,得出静力学分析结果。
2 有限元模型的建立在确保分析结果能够达到所需精度的前提下,在实体建模时,删除了模型不关键的结构特征以提高计算机分析的运算速度[1-3]。
半直驱风力发电机组联轴器胀紧套优化分析
半直驱风力发电机组联轴器胀紧套优化分析赵春雨，柳胜举（明阳智慧能源集团股份公司，广东中山528437）摘要：作为风力发电机组连接齿轮箱与发电机的关键部件，联轴器胀紧套本身的强度，以及可以抵抗的打滑力矩对风机正常运行起着重要作用。
通过对联轴器胀紧套初始结构进行强度校核，依据胀紧套受力特点，对失效部分提出优化方案；同时根据需要的安装力，完成安装螺栓的选型。
最后通过对最终设计方案进行滑移因素分析，确定胀紧套可以传递的最大转矩，为胀紧套的设计、优化、安装及使用提供了完整的思路。
关键词：联轴器；风力发电机；强度校核；优化中图分类号:TK83；TH133.4文献标志码:A文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园员8）05原园146原园3 Optimization Analysis of Coupling Used in Semi-direct-drive Type Wind TurbineZHAO Chunyu,LIU Shengju（Mingyang Smart Energy Group Co.,Ltd.,Zhongshan528437,China）Abstract:As a key component connecting the gearbox and the generator in a wind turbine,the strength of the coupling expansion sleeve and the anti-slide torque play an important role in the normal operation of the wind turbine.Through the strength check of the initial structure of the expansion sleeve of the coupling,an optimization scheme is proposed for the failure part according to the force characteristics of the expansion sleeve.According to the required installation force,mounting bolts are selected.By analyzing the sliding factor of the final design scheme,the maximum torque that the expansion sleeve can transmit is determined.It provides complete ideas for the design,optimization,installation and use of the expansion sleeve.Keywords:couplings;wind turbine;strength check;optimization0引言风力发电是这一种新型、绿色无污染的能源实现方案，随着人们对环境、气候等因素的关注，风力发电等绿色能源逐步被人们接受，且呈现快速增长趋势[1-3]。
2兆瓦风力4发电机主轴参数化建模与有限元分析
３ 主 轴 材 料 的 力 学 性 能 及 载 荷
主轴 所选用 材料 及其力 学性 能如 表 １ 示 ， 所 分析 中主要 考虑 到 的载 荷种 类及 大小 如表 ２所示 ．
表 ２ 主轴 载荷
注 ： 向陀 螺 力 、 向陀 螺 力 、 载 荷 均 是在 额 定 风速 为 ｌ ｓ 况 下 的大 小 ． 轴 径 风 １ｍ／ 风
频率影 响 的做法 ． １ 主 轴有 限元 参数化 建模 为了得 到典 型的 主轴模 型 ， 模 型的基 本参 数分 为 以下 ５ ： 将 个 主轴悬 伸段平 均 直径 Ｄ ， 主轴 支 承段平
均 直径 Ｄ 主轴 悬伸段 长度 Ｌ，主轴 支 承段长 度 Ｌ。 主轴 内孔平 均直 径 ｄ ， ， ， ． 其 中 ： 伸段 平均直 径 Ｄａ为悬 伸 段 外 直 径 的平 均 ， ： 悬 Ｄ。
分析 ， 出了其 简化 模型 的应 力分 布和 低阶模 态 ， 出最 大应 力 发 生在 前 端 支撑 处 ， 将模 型 得 指 并
简化 前 后 的 变 形 和 频 率 进 行 了对 比 ， 证 了 简 化 模 型 的 正 确 性 ． 验
关键词 ： 轴 ；参数 化 ；低 阶模 态 主
中 图法分类 号 ： ＴＨ１ ４ １ 文献标 识 码 ： Ａ
０ 引 言
风力 发 电机 主轴是传 递 载荷 的主要 部件 ． 主轴 不仅 要 承受 叶片 、 轮毂 的 巨大 重力 ， 要 承受 来 自发 电 还
机 的大扭 矩 ， 因此对 主轴 的性 能有较 高 的要求 ． 但是 风 力发 电机 主轴 结构 千 差 万别 ， 我 们进 行 不 同主轴 为
２兆瓦风力 ４发 电机主轴 参数化 建模 与有 限元分析
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当δ=90°时,υmax =18.85mm/s 为推杆升程段最大速度的理论值,与仿真结果吻合.同样可以求出推杆最大加速度的理论值,也与仿真值相吻合.4 结束语由于推杆仿真运动曲线符合设计要求,因此第1.3节凸轮机构数学模型的方程式及由此建立的凸轮轮廓曲线是正确的.通过“机构"运动仿真,不仅可绘出推杆位置、速度和加速度曲线,从而验证数学模型推导的正确性.Pro/E 是一种参数化设计软件,设计人员可通过修改凸轮尺寸参数,从而实时修改推杆运动轨迹,直到满足设计要求为止,因此机构运动仿真又为机构设计提供了重要参考依据.参考文献:[1] 孙 桓,傅则绍.机械原理[M ].北京:高等教育出版社,1989.[2] 孙 桓,李继庆.机械原理教材学习指南[M ].北京:高等教育出版社,1987.[3] 吴晓明,雷亚勇.基于Matlab 和Excel 设计凸轮轮廓曲线[J ].现代制造工程2007,(1):53-54.[4] 郭玉华,薛 明,等.基于Pro/E 的等加速等减速凸轮三维模型设计[J ].煤矿机械,2007,(6):84-85.[5] 葛正浩,杨芙莲.Pro/E 机构设计与运动仿真[M ].北京:化学工业出版社,2007.[6] 詹友刚.Pro/EN GIN EER 中文野火版3.0高级应用教程[M ].北京:机械工业出版社,2006.[7] 吴 婷,王新华,等.基于Pro/E 的水压轴向柱塞泵三维造型设计及运动仿真[J ].机床与液压,2005,(4):159-160.作者简介:刘善林 (1966-),男,安徽肥西人,副教授,硕士,研究方向为精密机械设计.风力发电机组主轴胀套联接有限元分析杜 静,程海燕,何玉林,韩德海(重庆大学机械工程学院,重庆400030)Finite Element Analysis of Taper -lock Connection in Wind Turbine SpindleDU Jin ,CHENG H ai -yan ,HE Yu -lin ,HAN De -h ai(College of Mechanical Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400030,China ) 摘要:建立了风力发电机组主轴胀套联接的有限元模型,利用非线性有限元软件MSC.MA RC 的接触分析功能,对胀套在极限工况下进行了强度分析,并分析了行星架和主轴接触面上的法向接触应力和变形.研究了摩擦系数,间隙配合量等对应力的影响,验证了此胀套在极限载荷下能否满足强度要求,并为胀套,行星架及轴的设计以及它们之间装配条件的选择提供理论依据.关键词:胀套;主轴;有限元;MSC.MA RC ;应力应变中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1001-2257(2009)01-0068-03收稿日期:2008-09-08基金项目:重庆科技攻关计划重点项目(CSTC2007AB3052)Abstract :The finite element model of taper -lock connection in wind t urbine spindle is estab 2lished.By using t he non -liner finite element soft 2ware MSC.MA RC ,t he st ress of -lock on t he limit load conditions is analyzed ,t hen contact stress and st rain of t he planet carrier and spindle are discussed.The effect of f riction coefficient and clearance fit to t he contact st ress is st udied.This is usef ul to t he choice of assembly condition during taper -lock ,planet carrier and spindle and provi 2ding t heoretical data.K ey w ords :taper -lock ;spindle ;finite ele 2ment ;MSC.MA RC ;stress and strain0 引言胀套主要用于代替单键和花键的联结,以实现・86・1机械与电子22009(1)机件与轴的联结.它与一般过盈联结,有键联结相比,具有许多独特的优点:使用胀套使主机零件制造和安装简单;安装胀套的轴和孔的加工不像过盈配合那样要求高精度的制造公差;胀套在超载时,将失去联结作用,可以保护设备不受损害等[1].风力发电机组主轴的胀套联接是非线性接触问题,需要准确追踪接触前多个物体的运动,以及接触发生后这些物体之间的相互作用,同时包括正确模拟接触面之间的摩擦行为和可能存在的接触间隙传热.本文通过大型非线性分析软件MA RC 对其进行接触分析,采用直接约束法处理接触边界问题,对胀套、行星架及轴进行应力分析,并研究胀套与行星架,行星架与主轴之间摩擦系数及配合量对应力的影响,为实际装配提供参考依据[2-3].1 胀套装配的工作原理胀套、行星架及主轴的结构装配如图1所示.图1 胀套接触体模型胀套联接是由具有一定斜度的内外环构成,与行星架和轴相配合.胀套是靠拧紧高强度螺钉产生轴向夹紧力,在内外环锥面的作用下,产生径向力,抱紧行星架和主轴,从而产生相应的摩擦力以传递扭矩和轴向力.在此模型中,胀套夹紧前胀套与行星架,行星架与主轴之间是有一定间隙的,通过拧紧螺钉,胀套锥面受到夹紧力,内外环在径向力的作用下产生径向变形,消除这几者之间的间隙.为了传递转矩,需要进一步拧紧螺钉,产生足够的夹紧力,从而满足胀套与轴结合面上所需的压力,这样,在传动时胀套与轴的结合面有足够大的摩擦力来传递转矩,实现抱紧行星架与主轴并传递转矩的目的[4-5].2 有限元模型为了使分析更接近实际情况,把行星架和主轴一起考虑在内,有4个接触体,网格大小为15mm ,每个接触体的接触面的网格尽量能一一对应,以方便接触探测.有限元模型如图2所示.图2 接触分析的有限元模型模型中外环部分简化了M30深79的螺纹孔和各零件两端的倒角;并简化了螺柱螺母和螺孔上的螺纹特征,螺柱简化为<30的光杆,外环上的螺孔简化为<30的光孔.螺栓联接采用杆单元形式,以MARC 中type69方式施加载荷,这种联接方式简单不需要对螺栓进行建模及划分网格.3 边界条件和载荷胀套联接的接触分析计算分2个工况进行,第1个工况中给24个螺柱施加预紧力,建立各部件间的接触关系;第2个工况中施加主轴的极限载荷,分析胀套联接的应力分布情况.用MA RC 进行接触分析时,需要消除一些多余的刚体位移,因为接触体较多,边界条件复杂,为使整个接触过程能顺利进行,本文采用了弹簧元的方式用以消除刚体位移,在第1个工况中临时约束外环的X ,Y ,Z 方向的位移,防止出现窜动,并在第2工况中约束螺栓的轴向位移,锁定螺栓长度[3].4 结果分析4.1 胀套极限强度分析如图3,图4所示,胀套内外环接触应力沿环向的分布规律呈循环对称的特点,胀套外环接触应力主要集中在与螺钉连接处的外圈,分布均匀,在配合面右端部边缘应力较高,这主要是因为胀套内外环的接触区没有延伸到头,外环往里有37mm 的悬空区,与胀套内环不接触,几何形状突变所以出现应力集中.同样内环的接触应力最大值也是出现在与螺母接触的外圈上,对于胀套,出现磨损位置应在两端面.胀套外环最大应力为530M Pa ,内环最大应力为655.8M Pa ,都小于胀套内外环材料的屈服极限,在此极限载荷下,胀套内外环满足强度要求.胀套外环在轴向变形较小,受螺栓预紧力作用,产生很小的反方向位移.胀套内环因为跟螺母连・96・1机械与电子22009(1)图3 胀套外环应力分布图4 胀套内环应力分布接,有较大轴向位移.其径向位移为0.29mm ,消除了与行星架之间的间隙量并产生一定的过盈量.施加极限载荷之后,各部件的接触状态发生变化,由之前的接触面整个接触转变为局部接触,这是因为接触体在转矩时发生变形,各接触点有分离.4.2 行星架和主轴的应力分布如图5所示,行星架与主轴的应力分布情况基本相同,在左端面刚接触的位置应力值不大,最大应力出现在螺栓作用时螺纹孔第一圈位置,沿着轴向应力值有所下降,行星架和主轴的最大应力远小于材料的屈服极限,行星架和主轴在此工况下是安全的.在全载荷作用下行星架最大径向变形量为11833mm ,满足设计要求.图5 行星架和主轴应力分布4.3 间隙配合量对接触应力的影响配合间隙的大小影响配合面接触应力,因为间隙越大,所需要克服间隙的弹性力就越大,因此其有效承载能力就下降.如图6所示,Y 1,Y 2,Y 3分别表示行星架与主轴之间的间隙为0.06mm ,0.1mm ,0.15mm 时,法向接触应力的变化曲线,由曲线可知,间隙越大,行星架接触区配合面的接触应力就越小,因此应选择合适的配合关系.图6 接触应力变化曲线4.4 摩擦系数对接触应力的影响分析中采用库仑摩擦类型,库仑摩擦模型考虑配合面间摩擦应力计算结果.保持主轴与行星架之间间隙0.0615mm 不变.行星架与主轴之间摩擦系数分别取0.1,0.15,0.2.分析发现配合面上的接触应力变化很小,幅度在0.8M Pa 左右.一般在装配时涂抹一层薄的油层,起润滑作用,便于拆修.5 结束语采用有限元分析软件对结构进行接触分析,大大提高了分析质量,缩短了周期,本文通过MA RC 软件对胀套以及连接的行星架和轴做了分析,找出应力应变分布规律,同时还分析了影响应力的几个因素,为以后的优化设计提供依据.参考文献:[1] 舒奇伟.胀套连接简介[J ].重型机械,1997,(5):47-49.[2] 徐秉业.接触力学[M ].北京:高等教育出版社,1992.[3] 陈火红.MARC 有限元实例分析教程[M ].北京:机械工业出版社,2002.[4] 史维明.胀套的工作原理及其应用[J ].沈阳工业学院学报,1995,14(1):27-34.[5] Ramamurti V ,Karthikeyan R.Stress analysis of taper 2locks[J ].Computers and Structures ,1997,(4):721-736.作者简介:杜 静 (1964-),女,重庆人,硕士研究生导师,研究方向为CIMS ,CAD/CAM ;程海燕 (1983-),女,安徽安庆人,硕士研究生,研究方向为机械设计自动化及网络化;何玉林 (1945-),男,四川遂宁人,博士研究生导师,研究方向为系统仿真、计算机辅助设计制造和计算机图形学.・07・1机械与电子22009(1)。