采用VDI2230的风力发电机组塔简法兰联接处螺栓强度分析

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1、万方数据设备设计／诊断维修／再制造现代制造1：程(ModernManufacturingEngineering)2011年第5期采用VDl2230的风力发电机组塔简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VDl2230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．M

2、are／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；VDl2230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珈125珈5StrengthanalysisofboltjointonwindturbinetowerflangebasedonVDl2230CHENZhen，DUJing。HEYu—lin，LIUWei，FENGBo(TheStateKeyLaborator

3、yofMechanicalTransmission，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China)Abstract：Fortowerflangeandboltjointofwindturbine，theaxisofboltisinconsistentwiththehorizontalsymmetryaxisofflange．Theboltofflangesufferedeccentrieload．Thetheoreticalanalysisofsuchcasewascarr

4、iedoutreferringtothetheoryofVDl2230．EquivalentstressunderactuaIconditionWasobmined．OnbaseoffiniteelementtheorycontactstrengthanalysisofflangeandboltswereconductedinMSC．Marc／Mentat．Theresultoffiniteelementanalysisisapproximatelyagreeablewiththetheoreticalresu

5、lt．ProvidesaHovelappmachforstrengthanalysisofboIt．Keywords：VDl2230；boltioint；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¨J。实际上，螺栓联接从联接方式可分为：同心夹紧和偏心夹紧，即螺栓轴线与被联接弹性体横向对称中心线是否一致(如图1中州线和D—O线)

6、。从加载方式可分为：同心加载和偏心加载，即外载荷作用线与螺栓轴线是否一致。国内对于偏心夹紧和偏心加载的情况尚未有相关的理论分析，针对传统螺栓联接理论分析的局限性，本文结合一种螺栓联接标准——VDl2230螺栓联接理论，从新的角度对风力发电机组塔筒法兰联接处螺栓进行理论分析，并结合有限元理·重庆市科技攻关计划资助项目(CSCT2007AB3052、CS'12007AA3027)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。1偏心夹紧偏心加载模型关于螺栓联接的理论分析

7、，在满足能量传递的前提下，所有联接的实例原则上都可以运用单螺栓联接模型的方式进行分析，并经过实验验证是可行的口1。取整个圆周法兰的一部分口引，偏心夹紧偏心加载单个螺栓模型如图l所示。具体分析过程如下。1．1弹性变形体组成当有螺栓预紧力的作用时，在螺栓周围区域内会引起相应的变形，若弹性变形体横向截面不具有对称性时(如图1中¨与。一O不共线)，则弹性变形体变形也是非均匀的，根据变形能相等原则，变形区域可等效为圆锥和圆柱区域。125万方数据2011年第5期现代制造工程(ModernManufacturingEngin

8、eering)网1偏心夹紧偏心加载单个螺栓模型1)弹性变形体接合面等效外径D。为：DA=(警“w／2．⋯⋯⋯．．(1)艿。=上dhtan。po·n[鲁d粼dDd】+南DdhL(叫一。)(^+^)Jj一：L。‘式中：PCD为螺栓轴线到法兰中心线距离，mlTl；d。为螺栓孔直径，mm；6。为法兰宽度，mm；Nb础为螺栓个数。2)弹性变形锥的极限直径巩西为：D^cr=d。+lktan妒D⋯⋯