基于ANSYS的汽车轮毂优化设计

为有效减小汽车轮毂的质量,提高汽车燃油经济性,在保证汽车轮毂具有足够强度的前提下,选用密度低、抗冲击性好、抗压缩能力强、后续加工简单及可回收性高等优点的镁合金作为汽车轮毂的原材料.依据国家标准《乘用车轮辋规格系列》GB/T3487-2015建立汽车轮毂实体模型,并运用ANSYS软件对镁合金汽车轮毂进行静态结构分析及优化设计,结果显示,应力较大的部位主要集中于轮辐辐板区域;优化后螺栓孔处出现应力增大,但未超过极限强度,轮毂总体质量减少2.58%.     

1kW垂直轴风力发电机叶片静力分析

叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件之一,影响着风力发电机的能量转化效率及安全性.以1 k W垂直轴低风速风力发电机叶片为例,介绍了叶片的基本结构,采用Solidworks对叶片进行建模,分析叶片受力;使用Gambit及Fluent计算叶片在额定工况下所受的风力载荷,简化叶片结构,绘制计算网格,设定计算条件;利用Midas NFX有限元软件对叶片进行静力学分析.仿真分析结果表明:叶片与连杆连接处形变量最小,叶片两端最大,最大变形量为31.25 mm;叶片的受力在叶片与连杆的连接点处最大,最大应力值为69.26 MPa.通过分析计算,得出风电叶片的受力分布规律,为叶片结构的进一步测试和优化提供依据和参考.     

基于ABAQUS的风力机塔筒螺栓连接接触非线性分析

ABAQUS是先进的大型通用非线性有限元分析软件,求解非线性问题时具有非常明显的优势。采用ABAQUS软件对风力机塔筒高强度螺栓连接进行了接触非线性分析,模拟了螺栓连接在预拉力以及加载极限载荷后两种工况下的静力学性能,得到了螺栓与法兰等结构的等效应力云图与位移云图。计算结果表明:塔筒螺栓连接结构的应力主要受预紧力影响。加载极限载荷后,螺栓最大应力增大17%,最大位移增大约两倍。结果证明塔筒底部螺栓连接的强度与刚度满足设计要求,为风力机组的结构设计提供了理论依据。     

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。     

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。     

重型汽车驱动桥轮毂轴承配合失效分析

采用有限元分析方法,分析了大径向载荷作用下某重型汽车驱动桥轮毂轴承过盈配合处的接触应力分布。结果表明:最大应力容易出现在内侧轮毂小轴承的下侧,且在最大载荷工况下,最大应力超过了轮毂支承材料的屈服极限,内侧轮毂小轴承与轮毂支承间易于发生打滑现象,从而造成轮毂轴承配合失效。为解决重型汽车轮毂轴承配合失效问题,轮毂支承需要采用屈服极限较高的材料。     

基于有限元的大型风力发电机轮毂的分析研究

本文中,通过UG软件的三维绘图功能创建了750KW大型风力机轮毂的实体模型,并采用有限元进行了静力学结构分析。计算出了轮毂的最大应力和最大应变。经过校核可知,最大值在材料的许用范围内。分析结果表明,通过ANSYS软件分析的结果与实际情况很接近。本文为后续设计出高性能的大型风机轮毂以及大型风力发电机机组的设计、优化提供一定的设计依据。     

兆瓦级风电机组风力桨叶多学科设计优化

为了提高兆瓦级风电机组风力桨叶整体性能,以兆瓦级风电机组风力桨叶气动性能、质量、桨片根部的极限推力和噪声水平为目标函数建立多学科设计优化模型,并充分考虑各学科之间的耦合效应,采用自适应混沌优化算法对多学科设计优化模型进行求解.研究结果表明:兆瓦级风电机组风力桨叶风能利用系数Cp增加12.5％,质量M减小11.00％,桨叶根部的极限推力载荷F减少12.60％,噪声Stotal减小10.48％;兆瓦级风电机组风力桨叶翼型的升力系数和气动性能得到了较大优化.     

风力发电机转子有限元仿真分析

基于虚拟样机仿真,建立大型风力发电机转子三维模型,应用Nastran仿真系统对转子圆锥支撑方式和筋支撑方式结构进行强度和刚度分析,并对转子支架结构以铸铁件代替焊接件进行可行性分析,仿真分析结果表明:圆锥支撑形方式比筋支撑方式的应力和位移小;转子支架用铸铁件形式比焊接件形式的应力、位移都小些.仿真结果对转子结构优化具有指导意义.     

超静定变截面梁极限载荷的优化算法

目的针对超静定变截面梁结构的极限载荷求解问题,提出一种新的无约束优化算法.方法以待求极限载荷、多余约束力和截面最大弯矩处的对应坐标为设计变量,以不同坐标位置的工作弯矩与对应极限弯矩关系和剪力需要满足的条件构建目标函数,采用多维Powell的无约束优化原理,并将设计变量无量纲转化,应用Fortran-Power Station语言编制优化算法程序,进行算例分析求解,并对数值解和程序计算对比分析.结果运用优化程序计算分析,在给定收敛精度条件下,获得超静定变截面梁的极限载荷大小,梁上产生极限弯矩的坐标以及梁的多余约束力的大小.结论提出的极限载荷的优化算法有效地解决了复杂变截面梁极限载荷的精确计算问题,具有实用性和可行性.为复杂工程变截面结构问题的极限载荷求解提供依据.     

基于参数化建模的风力机叶片性能分析

针对现有850kW风力机叶片,分析其材料、结构及铺层状态,对比传统叶片有限元模型,将描述叶片主要结构的弦长、扭角采用分段函数形式表达,采用MATLAB编程并结合ANSYS二次开发建立风力机叶片参数化几何模型.基于动量-叶素理论的BLADED软件计算叶片各截面处的极限载荷,并于叶片分段施加载荷增量.动力学分析得到叶片前三阶挥舞和摆振频率及一阶扭转频率,其与实测固有频率比较,分析并验证叶片于共振区外运行.静力分析得到叶片挥舞位移及关键部位应力分布,通过最大应力准则和蔡-胡(Tsai-Wu)准则对翼面进行强度校核(其他部位同理校核),表明叶片在极限状态下仍能保持安全运行.该研究描绘了叶片主要力学性能,为叶片进一步优化奠定了基础.     

42 CrMoA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。     

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。     

基于概率密度演化的风机基础疲劳可靠度计算

风机底部基础在风荷载作用下会产生疲劳破坏.为了研究风荷载作用下风机的疲劳可靠性,将随机脉动风荷载进行正交展开,用数论选点法和概率密度演化方法将展开的风荷载模型用于风机塔身的疲劳可靠度计算.采用推力系数法计算风荷载作用下风机基础较危险部位的应力时程,然后用雨流计数法统计该点的疲劳损伤,将其代入概率密度演化方程并通过差分计算可求得疲劳损伤的概率密度函数.通过累计疲劳损伤小于1的概率可求得危险部位的疲劳可靠度,也就是整个基础的疲劳可靠度.以一3 MW风机作为算例验证了本文方法的有效性,应用概率密度演化方法,可以精确地给出基础在风荷载作用下的疲劳可靠度,本文成果对于近似工况的风机基础疲劳可靠度的计算具有借鉴意义.     

东海某风场4 MW风机塔筒结构疲劳特性

海上风机塔筒长期受到风荷载等外部动力荷载作用,其应力响应相当不规则,容易发生疲劳破坏。由于每个风速工况出现的概率不同,而且塔筒在各工况下的响应也存在差异,因此有必要划分风速工况来编制疲劳应力谱。以东海某海上风电项目为例,建立塔筒结构三维精细化有限元模型,结合风速威布尔分布模型、雨流计数法和线性疲劳累积损伤法则,采用名义应力法计算塔筒的疲劳寿命,并与简化塔筒模型的计算结果进行对比分析,以期为风力机结构疲劳研究提供思路和参考。计算结果表明：通过划分风速工况来编制疲劳应力谱的方法是可行的;塔筒结构容易发生疲劳破坏的部位在塔筒中下部筒节之间的连接处及附近;在分析塔筒疲劳特性时采用壁厚随高度均匀变化的简化塔筒模型与精细化模型结果相差较大,会带来较大误差,因此建议建立精细化模型以合理预估风机塔筒疲劳寿命。     

基于频率控制的多约束风电塔优化方法

提出了基于频率控制的多约束单管型风电塔优化方法.塔架简化成悬臂梁结构,其横截面参数作为设计变量,以最小化材料体积为目标函数,按照将塔架设计成刚-刚或刚-柔或柔-柔不同类型的要求设定塔架的固有频率约束,采用专业软件Bladed计算风荷载,按照风电塔规范考虑强度、稳定性和疲劳等约束,这使得优化结构更符合实际设计.考虑到采用Bladed荷载计算工作量很大,整个优化过程分为几个阶段,在每个阶段的开始,以前一个阶段的优化设计作为初始设计,并重新计算结构荷载,在该阶段内于固定荷载下用移动渐近线法(MMA)求解优化问题改进设计,所需的固有频率、强度及疲劳约束灵敏度采用解析法获得.对一现有塔架进行优化以说明方法的有效性.根据塔架固有频率和风机工作转速之间的关系,发展了高风电塔的分类.在此基础上,结合提出的优化方法,可以帮助设计者判定在指定高度和机型下哪种类型塔架更合适,为塔架概念设计提供有价值的参考.     

特大型起重桅杆吊装过程的稳定性数值模拟分析

高度为64m和80m的特大型起重桅杆在直立吊装过程中承载较大的轴向载荷,在正式投入使用前,必须分析、校核桅杆在立态起吊时的整体强度和稳定性,以确保吊装过程安全。采用有限元数值模拟方法,分别计算了这两种特大型起重桅杆在顶端钢丝绳斜拉条件下桅杆吊重的线弹性屈曲临界载荷。同时考虑该大型桅杆在起吊时具有较大位移,用非线性有限元法计算了桅杆处于几何非线性状态的最大载荷及最大应力。结果表明,有限元大变形解的桅杆主肢最大工作应力值小于桅杆主肢材料的许用应力,桅杆即使处于几何非线性状态仍满足强度设计条件。设计桅杆的限定最大吊重载荷小于按有限元线性解与非线性解两种状态计算得出的桅杆结构的临界载荷,该桅杆结构满足强度与稳定设计要求,吊装过程中不会发生失稳破坏。     

风机叶片固定螺栓拉伸实验及强度计算

为了验证某型风力发电机(以下简称风机)叶片固定螺栓的强度能够满足设计要求,利用DLY-100T液压式万能材料试验机对该型叶片固定螺栓进行了单向拉伸强度实验,得到了螺栓的拉伸极限强度和延伸率、截面收缩率等数据,并对螺栓在使用过程中承受叶片自重载荷和风机运行过程中承受离心载荷这两种工况下的强度进行了校核。实验和计算结果表明,该螺栓能够在两种工况的最恶劣条件下使用,满足设计强度要求。研究结果为风机的设计和安装提供参考。