结构强度评估
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装配图和部件图 电气和液压系统图 设计载荷和刹车力矩 设计计算 摩擦力矩与温度、垫片材料和磨损的关系
•
c 北京鉴衡认证中心有限公司
机械结构部件评估内容-续
• 联轴器
装配图和部件图 各部件材料特性 扭矩传递结构的强度分析 试验记录（如必要） 装配图和部件图 技术规格书（特性、使用条件、强 度和变形量） 设计载荷 装配图、安装位置和部件图
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结构强度评估的内容
• 对强度分析报告（采用有限元方法）的基本要求：
报告应该与相应的图纸（本身和相邻结构的装配图和截面图）、 技术规格书（生产和材料）一同提交； 报告应有清晰的名称、版本号、时间、编写人； 报告中的名词、符号和单位都应有明确的注释； 报告应详细列出引用的标准、规范或者参考文献； 报告中应包括使用的坐标系、坐标转换关系、单元类型分布和数 量，载荷工况和子工况，载荷施加方式，使用的计算程序； 报告中如果采用了简化的力学模型，应明确说明简化过程； 报告中应包括计算的全部输入数据； 报告中应包括中间过程结果和最终结果的数据。
根据材料曲线决定是否可以采用线性 分析方法（塑性）。
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脆性材料：最大主应力法则 半韧性材料：最大主应力法则和von Mises 法则 韧性材料: von Mises 法则和最大剪应力法则
低碳钢试件在静拉伸试验中，通 常可直接得到拉伸曲线，即F－ △L曲线，用准确的拉伸曲线可 直接换算出应力应变曲线。
风力发电机组结构强度评估
鉴衡认证中心 2007-8-26
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内容
• 评估作用 • 评估内容 • 评估方法
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结构强度评估的作用
• 结构强度是风机安全的重要内容
c 北京鉴衡认证中心有限公司
2006年8月10日桑美台风在苍南鹤顶山风电场造成的风机损坏
结构强度评估的作用
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结构强度评估的内容
• 载荷
要选取对结构安全有决定性影响的载荷工况； 需要考虑共振效果和冲击载荷； 载荷安全系数根据工况选取； 载荷的施加方式要能够正确的反映真实的结构 受力情况； 如果必要的话，需要进行时序计算，时序计 算中要使用合理的载荷 。
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机械结构部件评估内容-续
• 变桨和偏航系统
技术规格书 装配图、截面图和部件图 设计计算 齿的强度分析
• 主轴
装配图和截面图 强度分析 材料特性
• 轴承
• 主机架
装配图和部件图 设计计算
装配图和截面图 强度分析 材料特性
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机械结构部件评估内容-续
• 齿轮箱 技术规格书（润滑、温度、使用和维护要求、监控设备和附属设 备说明、防腐说明） 装配图、截面图和部件图 扭矩传导结构的强度和变形分析 机械刹车和锁定装置
结构强度评估的内容
• 关注位置 关注位置的选择要有合理的依 据：
结构几何形状； 相关设计（槽、凸台、钻孔）； 施力位置； 焊缝。
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结构强度评估的内容
• 疲劳分析方法
可以使用应力谱和Palmgren/Miner损伤累 积理论进行计算； 如果必要的话，使用应力-时间谱和损伤 累积理论进行计算； 在比对两个设计的时候，可以使用等效应 力谱进行计算； 根据不同的失效后果选取局部安全系数； 可以通过试验的方式进行部件疲劳分析。
• 液压系统
系统图和电气接线图 与安全相关的部件的列表 设计计算
• 塔架 • 基础（可选）
设计计算 图纸和施工要求 土壤报告（特定场址评估适用）
• 弹性套筒
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电气系统评估内容
• • • • • • • • • • 重要电气设备的功能和维护说明 接线图及保护开关的位置 控制设备的参数和功能 监控设备和电气测量设备的功能说明 重要电气设备（包括传感器和开关）的设计数据和参数 电路图 雷电保护系统图和接地图 紧急供电系统说明 对象：发电机、变流器、变压器 火警系统说明 （如果有）、其他电气设备 并网条件
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结构强度评估的内容
• 总则 需要考虑载荷形式、结构几何形状、材料性质对强度的影响； 分析方法不能前后矛盾； 可以采用合理的工程分析方法； 使用数值模拟方法可以进行更精确的分析； 如果必要的话，需要考虑非线性分析方法； 需要采用动力学方法进行分析，如果采用准静力学分析，要考 虑动力放大系数（dynamic magnification factors) 。
三个叶根载荷相同和不同时分别对应的 轮毂应力分布
结构强度评估的内容
• 结构 如果采用有限元方法进行强度 分析，要根据结构特点和要分 析的问题选用合理的单元：
单元类型； 单元数量。
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结构强度评估的内容
• 材料 不同材料使用不同的局部安全系数； 根据材料性质不同选取破坏准则；
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机械结构部件评估内容
• 叶片
材料特性 计算分析 图纸和截面信息 生产工艺 试验报告
• 机舱罩和导流罩
装配图和部件图 材料特性 受力分析
• 螺栓连接
• 轮毂
装配图和截面图 强度分析 材料特性
设计计算 强度分析 安装说明 维护说明 装配图和部件图
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• 结构强度是风机设计的重要部分
对最终设计的 强度进行详细分析 同一组载荷下 不同设计概念 的比较
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Hale Waihona Puke Baidu
结构强度评估的内容
结构强度评估主要针对风机受力部件的 • 极限强度 • 疲劳寿命 • 屈曲 • 模态
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结构强度评估的方法
结构强度设计方法 • 一般采用计算的方法 • 也可以采用试验的方法 进行部件的疲劳分析 结构强度评估方法 • 对计算报告进行全部或 部分复现 • 对试验报告进行审查,如 果必要的话,进行见证试 验
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结构强度评估的内容
• 疲劳分析方法——S-N曲线
根据Euro code 3和GL《Guideline for the Certification of Wind Turbines》的要求选取S-N曲线； 可以采用其他合理的选取方式。
GL规范中规定的球墨铸铁材料的 S-N曲线，将存活概率从50%提高到 97.7%。
•
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• 联轴器
装配图和部件图 各部件材料特性 扭矩传递结构的强度分析 试验记录（如必要） 装配图和部件图 技术规格书（特性、使用条件、强 度和变形量） 设计载荷 装配图、安装位置和部件图
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• 对强度分析报告（采用有限元方法）的基本要求：
报告应该与相应的图纸（本身和相邻结构的装配图和截面图）、 技术规格书（生产和材料）一同提交； 报告应有清晰的名称、版本号、时间、编写人； 报告中的名词、符号和单位都应有明确的注释； 报告应详细列出引用的标准、规范或者参考文献； 报告中应包括使用的坐标系、坐标转换关系、单元类型分布和数 量，载荷工况和子工况，载荷施加方式，使用的计算程序； 报告中如果采用了简化的力学模型，应明确说明简化过程； 报告中应包括计算的全部输入数据； 报告中应包括中间过程结果和最终结果的数据。
根据材料曲线决定是否可以采用线性 分析方法（塑性）。
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脆性材料：最大主应力法则 半韧性材料：最大主应力法则和von Mises 法则 韧性材料: von Mises 法则和最大剪应力法则
低碳钢试件在静拉伸试验中，通 常可直接得到拉伸曲线，即F－ △L曲线，用准确的拉伸曲线可 直接换算出应力应变曲线。
风力发电机组结构强度评估
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内容
• 评估作用 • 评估内容 • 评估方法
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结构强度评估的作用
• 结构强度是风机安全的重要内容
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• 载荷
要选取对结构安全有决定性影响的载荷工况； 需要考虑共振效果和冲击载荷； 载荷安全系数根据工况选取； 载荷的施加方式要能够正确的反映真实的结构 受力情况； 如果必要的话，需要进行时序计算，时序计 算中要使用合理的载荷 。
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• 变桨和偏航系统
技术规格书 装配图、截面图和部件图 设计计算 齿的强度分析
• 主轴
装配图和截面图 强度分析 材料特性
• 轴承
• 主机架
装配图和部件图 设计计算
装配图和截面图 强度分析 材料特性
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• 齿轮箱 技术规格书（润滑、温度、使用和维护要求、监控设备和附属设 备说明、防腐说明） 装配图、截面图和部件图 扭矩传导结构的强度和变形分析 机械刹车和锁定装置
结构强度评估的内容
• 关注位置 关注位置的选择要有合理的依 据：
结构几何形状； 相关设计（槽、凸台、钻孔）； 施力位置； 焊缝。
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结构强度评估的内容
• 疲劳分析方法
可以使用应力谱和Palmgren/Miner损伤累 积理论进行计算； 如果必要的话，使用应力-时间谱和损伤 累积理论进行计算； 在比对两个设计的时候，可以使用等效应 力谱进行计算； 根据不同的失效后果选取局部安全系数； 可以通过试验的方式进行部件疲劳分析。
• 液压系统
系统图和电气接线图 与安全相关的部件的列表 设计计算
• 塔架 • 基础（可选）
设计计算 图纸和施工要求 土壤报告（特定场址评估适用）
• 弹性套筒
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电气系统评估内容
• • • • • • • • • • 重要电气设备的功能和维护说明 接线图及保护开关的位置 控制设备的参数和功能 监控设备和电气测量设备的功能说明 重要电气设备（包括传感器和开关）的设计数据和参数 电路图 雷电保护系统图和接地图 紧急供电系统说明 对象：发电机、变流器、变压器 火警系统说明 （如果有）、其他电气设备 并网条件
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结构强度评估的内容
• 总则 需要考虑载荷形式、结构几何形状、材料性质对强度的影响； 分析方法不能前后矛盾； 可以采用合理的工程分析方法； 使用数值模拟方法可以进行更精确的分析； 如果必要的话，需要考虑非线性分析方法； 需要采用动力学方法进行分析，如果采用准静力学分析，要考 虑动力放大系数（dynamic magnification factors) 。
三个叶根载荷相同和不同时分别对应的 轮毂应力分布
结构强度评估的内容
• 结构 如果采用有限元方法进行强度 分析，要根据结构特点和要分 析的问题选用合理的单元：
单元类型； 单元数量。
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结构强度评估的内容
• 材料 不同材料使用不同的局部安全系数； 根据材料性质不同选取破坏准则；
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机械结构部件评估内容
• 叶片
材料特性 计算分析 图纸和截面信息 生产工艺 试验报告
• 机舱罩和导流罩
装配图和部件图 材料特性 受力分析
• 螺栓连接
• 轮毂
装配图和截面图 强度分析 材料特性
设计计算 强度分析 安装说明 维护说明 装配图和部件图
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• 结构强度是风机设计的重要部分
对最终设计的 强度进行详细分析 同一组载荷下 不同设计概念 的比较
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结构强度评估的内容
结构强度评估主要针对风机受力部件的 • 极限强度 • 疲劳寿命 • 屈曲 • 模态
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结构强度评估的方法
结构强度设计方法 • 一般采用计算的方法 • 也可以采用试验的方法 进行部件的疲劳分析 结构强度评估方法 • 对计算报告进行全部或 部分复现 • 对试验报告进行审查,如 果必要的话,进行见证试 验
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• 疲劳分析方法——S-N曲线
根据Euro code 3和GL《Guideline for the Certification of Wind Turbines》的要求选取S-N曲线； 可以采用其他合理的选取方式。
GL规范中规定的球墨铸铁材料的 S-N曲线，将存活概率从50%提高到 97.7%。