兆瓦级风力机组偏航齿圈螺栓联接强度分析

建立兆瓦级风力发电机组偏航过程动力学模型和偏航齿圈与塔架法兰处螺栓联接三维模型并运用Hypermesh软件处理,在ABAQUS中建立螺栓接触模型,取预紧力为屈服极限σp0.2的60%~80%对螺栓联接偏航过程静力学性能进行分析。研究结果表明:通过对比不同预紧力工况下得出的应力强度与疲劳强度,提出可供参考的预紧力Fv取值范围;当且预紧力为0.7σp0.2时,螺栓及其连接件应力应变最理想,在仅受预紧力和加载极限载荷后最大应力分别为712.5 MPa和733.4 MPa,工作应力下的安全系数SF=1.28,满足强度设计要求,为该兆瓦级风力发电机组偏航齿圈螺栓联接及其他连接系统的应力强度校核、疲劳分析等提供参考,便于进一步优化设计。     

矿用装载机铲斗有限元强度分析

建立了矿用装载机三维模型,并分析铲斗的受力情况,针对铲斗插入、铲取和提升3个不同阶段,在ABAQUS 有限元分析软件中完成了不同边界条件和载荷的施加,得到装载机铲斗的受力分布规律,输出了铲斗不同工作状态下的等效应力云图和等效位移云图。结果表明,铲斗的最大等效应力和最大等效位移均在铲取阶段,插入阶段的应力和位移最小,提升阶段的应力和位移介于两者之间。     

塔式起重机高强度螺栓力学特性研究

为了分析塔式起重机高强度螺栓的机械特性,采用理论分析和有限元分析对高强度螺栓进行研究,得到了预紧后的螺栓组应力,加载后的螺栓组应力和加载后的螺栓部分应力云图。分析结果表明：计算的安全系数为,比载荷组合B所需安全系数1.34大,螺栓联接具有一定的可靠性。     

城轨车辆车钩螺栓连接仿真及强度分析

采用整体建模的方法,建立城轨车辆车钩螺栓连接有限元非线性接触模型进行强度分析,仿真分析结果表明,螺栓螺纹部分最大应力与理论计算结果吻合,有限元仿真模型能真实模拟螺栓连接;提取极限载荷下螺栓的轴向拉力,运用VDI 2230—2003标准对螺栓的拉伸强度进行分析,并和传统机械设计方法的螺栓强度分析结果进行比较,两种方法的螺栓拉伸强度均满足要求,为车钩螺栓连接设计提供了理论依据.     

螺栓预紧力对输电杆塔强度的影响

针对实际线路段,利用ABAQUS软件建立塔线耦合体系有限元模型,数值模拟该塔线体系在典型荷载作用下的应力和变形.根据现场倒塔情况,建立杆塔破坏局部区域三维实体模型,并与其它部分杆梁模型连接得到杆塔整体有限元模型.三维局部区域模型考虑了螺栓和连接板之间的连接细节、螺栓预紧力、螺杆和螺孔之间的间隙等.进而数值模拟研究螺栓预紧力大小对螺栓的滑移和杆塔构件应力的影响.结果表明,过小的预紧力会导致螺栓产生明显滑移,增大螺栓和杆塔构件的应力,因而螺栓预紧力不足可能是导致杆塔破坏的主要原因之一.     

不同加载方式对输电铁塔风致响应的影响

为了评估高压输电塔线体系在强风作用下的安全性能，采用数值模拟方法研究不同建模思路对杆塔力学性能的影响。首先，采用ABAQUS软件建立了500 kV输电线路“一塔两档线”的有限元模型，并利用Kaimal谱模拟随机风速。然后分别建立塔线分离、塔线耦合动力加载方式和等效静力加载方式三种风致响应模型，研究典型工况下不同加载方式对杆塔力学性能的影响。结果显示，三种模型得到的危险区域均一致，只是最大数值稍有差异。塔线耦合效应会使杆塔的应力、位移响应波动频繁，采用动力学加载的结果数值均大于等效静力加载，但等效静载模型计算效率最高，可作为后续杆塔轴力计算和螺栓松动研究的优先选择。     

套筒连接混凝土剪力墙有限元分析

目的研究套筒连接混凝土剪力墙的应力、承载力、刚度和变形能力的变化规律.方法利用ABAQUS有限元分析软件,采用位移控制方式,对14个不同轴压比、配筋率和套筒长度的混凝土剪力墙进行水平单调加载,并对其受力性能进行分析.结果发生竖向边缘处钢筋屈服、底部混凝土压碎的压弯破坏,并且破坏大多集中在两侧的竖向边缘且从底面往上1m高度区域内.随着轴压比的增大,极限承载力和刚度均增大,而变形能力减小.随着配筋率的增大,极限承载力和变形能力均增大,而刚度基本没有变化.随着套筒长度的增大,极限承载力增大,而刚度和变形能力均基本没有变化.结论套筒连接混凝土剪力墙有较好的承载力、刚度和变形能力,套筒连接处可以有效传递钢筋的应力.     

42CrMoA高强连接螺栓材料与断裂特征

42CrMoA高强连接螺栓广泛用于风机叶片与轮毂的连接,风机叶片结构复杂性和运行波动性导致载荷复杂交变,长时间交变载荷会造成叶片连接螺栓高频疲劳损伤,螺栓的疲劳失效断裂是风机安全运行急需解决重要问题。以某2 MW风力机叶片42CrMoA高强连接螺栓材料为研究对象,利用PLG-50高频疲劳试验机开展不同加载条件下螺栓材料高频疲劳实验研究。研究结果表明,650 MPa载荷下6.444 9×10~6周次后试样尚未断裂,750 MPa载荷下的试样疲劳寿命达1.056 4×10~6周次;疲劳损伤具有多疲劳裂纹起源区特征,试样断裂是由于多源裂纹交汇后形成峰线所导致;在相同的最大应力加载下,应力振幅越高,裂纹扩展速率越大,高频疲劳寿命越低。研究结果对揭示风机螺栓损伤断裂原因和风机安全运行具有重要意义。     

摩擦型高强螺栓传力性能及缺失的非线性分析

针对钢桁梁桥摩擦型高强螺栓连接出现的螺栓缺失问题,利用ANSYS软件,采用壳单元模拟连接板件,弹簧单元模拟接触面相互作用,对摩擦型高强螺栓连接进行了设计状态和螺栓缺失状态下的非线性有限元分析。结果表明:摩擦型高强螺栓连接发生滑移后,外荷载与螺栓所传剪力之间呈现非线性关系;在无滑移状态,各螺栓所传剪力沿外力方向和其垂直方向均为外侧大,中间小,滑移后趋向均匀;随螺栓缺失个数的增加,螺栓群初始滑移荷载、极限滑移荷载和缺失排螺栓传力比均减小,无滑移和局部滑移时相邻排增大最明显,全面滑移后其余各排则同等增大。因此,在高强螺栓连接的设计中,应对螺栓群受力是否进入非线性进行判断,以确定各排螺栓的实际传力比。     

螺栓连接装配式混凝土梁静力性能有限元分析

目的研究型钢厚度、混凝土强度及型钢截面形式对螺栓连接装配式混凝土梁的静力性能影响.方法采用ABAQUS软件,对螺栓连接装配式混凝土梁进行有限元分析,得到螺栓连接装配式混凝土梁的静力性能随混凝土强度、型钢厚度及型钢截面形式的变化规律.结果螺栓连接装配式混凝土梁的极限承载力、屈服位移随着混凝土强度和型钢厚度的增加而增加;相同工况下,预埋矩形型钢试件极限承载力,屈服位移大于预埋工字型型钢试件.结论螺栓连接装配式梁节点构造合理,满足结构设计使用要求.综合考虑材料及造价等因素,建议工程中采用C30混凝土、预埋30 mm厚度工字型钢试件.     

风力机轮毂和轴承螺栓联接接触分析

采用大型有限元软件MSC.Marc/Mentat,对风力发电机组轮毂和叶片轴承螺栓联接部分进行接触分析,得到实际工况下的应力,找出了受力最大螺栓;对受力最大螺栓进行螺纹接触分析,得到了螺栓、轴承、轮毂的精确应力,有限元接触分析结果与理论计算结果吻合,材料的强度满足要求,结构安全。     

基础环式风机基础周期荷载损伤特征分析

基础环式风机基础的损伤累积破坏影响风力机系统的安全运行。针对基础环式风机运行过程中基础混凝土损伤问题,以内蒙古某49.5MW风电场为例,利用ABAQUS有限元软件建立风机基础混凝土损伤模型,对比分析了静力荷载工况与周期性荷载工况下基础混凝土损伤变化规律。结果表明：静力荷载工况下,基础主要产生拉伸损伤,受压性能稳定,钢筋骨架未达到极限状态;相较于静力荷载,在周期性荷载作用下,拉伸损伤区域增大3倍,竖向扩展增加3倍,压缩损伤面积扩展2倍,位移量增加1.6倍,钢筋应力增大0.5倍,有助于解释周期性荷载作用下基础的损伤行为。     

Q235B钢螺栓球柱节点的受拉承载力

基于3个单向受拉螺栓球柱节点的试验,采用ABAQUS软件建立单向受拉螺栓球柱节点的数值模型,并将数值分析结果与试验结果进行对比,验证了数值模型的有效性。随后建立了87个数值模型对螺栓球柱节点的单向受拉承载力影响参数进行了分析,定义了节点单向受拉极限承载力的取值准则。数值计算结果表明,圆柱筒径越小、壁厚越厚、筒壁高度越高,节点的单向受拉承载力越高;增大螺栓间距和尺寸对节点的刚度和强度有一定提高;增设加劲肋可提高螺栓球柱节点的刚度和承载力;当螺栓拧入深度不足时,节点易发生螺栓拔出破坏,实际工程中建议螺栓拧入弧形端板的深度大于螺栓直径。基于理论分析,拟合得到了螺栓球柱节点单向受拉承载力的实用计算式。拟合算式计算结果与有限元分析结果及试验结果的相对误差均在10%以内。     

运转工况下风电塔抗震分析

为了研究运转工况下风电塔的地震响应及倒塔模式,使用风电塔设计软件FAST建立风电塔模型,比较停机和运转不同工况下的结构响应,并在运转工况下通过改变地震动输入方向研究不同风震组合角对结构响应的影响,得到最不利工况;使用ABAQUS建立风电塔的精细化有限元模型,将FAST计算的塔顶风荷载导入ABAQUS开展分析计算.将基于叶素理论计算的塔顶荷载与FAST计算结果进行对比,并进一步将弹性阶段ABAQUS与FAST模拟的塔顶位移进行对比,校验分析方法的合理性.利用ABAQUS模型将地震动调幅,开展倒塔模拟.研究结果表明运转工况下最不利风震组合角是90°,强震下塑性铰在塔身下部出现并向中上部发展,最终该风电塔在中上部发生破坏.     

复杂海况下风力发电机建模与动态特性仿真分析

考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工况下的运行风险。结果表明:风力机塔顶位移的波动主要受风载的影响;波浪、海冰对塔基载荷性能影响较大,会使塔筒产生持续振动并引发疲劳破坏,风冰联合作用时振动更为剧烈;由于海冰的持续撞击作用会使塔基载荷普遍大于无海冰作用情形,因此,针对海冰工况下风力发电机的设计要有所修正及完善。     

基于时域法的不同塔架风力机抗台风分析

为探讨不同塔架形式风力机的抗台风性能,基于Abaqus有限元软件建立4种不同塔架形式的风力机一体化模型,用自回归(AR)法对脉动风时程进行模拟,分别进行了模态分析和台风时程分析.结果表明,风轮和机舱对风力机自振频率的影响较大;钢筋混凝土锥筒塔架的最大顺风向位移随台风风速的增加呈平缓线性增加趋势,而其他3种塔架的位移随风速的增加表现为非线性增加.钢管格构式塔架为轻型柔性结构,其风载响应最为显著,钢锥筒塔架次之,而钢筋混凝土塔架因具有较大的自重和刚度,其位移响应最小,抗风性能较好.     

输电铁塔主材节点滞回性能研究

针对输电铁塔主材双肢搭接节点,分别建立了单一剪切面连接与双剪切面连接的螺栓连接节点有限元仿真模型,通过施加低周循环载荷获得了节点的滞回曲线,给出了骨架曲线分析,耗能能力分析以及刚度退化分析,研究了输电铁塔螺栓连接节点在低周循环载荷作用下的耗能能力与力学性能,结果表明：单剪连接与双剪连接的节点线弹性变形过程基本一致,此后两种节点都出现滑移现象,双剪连接节点经历两次滑移过程;螺栓滑移过程中,节点耗能能力最强;双剪连接节点极限承载能力更强,刚度保持特性更佳,耗能能力更强。     

基于Hashin失效准则的复合材料螺栓连接损伤破坏研究

本文介绍了复合材料螺栓连接二维模型的损伤破坏分析方法,Hashin失效准则和刚度降方法,考虑接触关系,剪切非线性和材料刚度降低,针对Hashin失效准则编制相应的损伤程序,然后采用有限元软件ABAQUS对复合材料层合板螺栓连接件强度进行数值计算。研究结果表明,利用损伤子程序可以较好的预测层合板的破坏载荷以及损伤初始发生的铺层及其扩展方向,损伤的发生和扩展只与铺层角有关,而与铺层顺序、铺层的厚度无关,剪切非线性分析更加合理,考虑非线性影响时,失效准则中包括剪切应力项,损伤产生较早。     

兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架性能分析

为避免兆瓦级风力发电机组风激共振破坏问题,采用流体控制方程建立了兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架流场模型,模仿棕榈树树干直径随高度变化的规律,分3段建立仿生塔架,对兆瓦级垂直轴风力发电机组塔架进行了流固耦合数值分析。结果表明,仿生塔架与同类项普通塔架相比,兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架变形虽然稍有增大,但能满足风机塔架的变形设计要求,其最大应力下降了3 MPa,1阶固有频率避开了共振的频率范围,材料用量减小了10%,减轻了塔架的质量。