大功率风力机基础底法兰焊缝疲劳分析.pdf

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1、蒋衡等：大功率风力机恭础底法兰焊缝疲劳分析大功率风力机基础底法兰焊缝疲劳分析蒋衡，滕念管(上海交通大学土木工程系。上海200240)【摘要】大功率风力发电机基础底法兰需要整体锻造成型，由于工艺条件限制，造成制造成本较高。现改由四块法兰片拼装，然后与基础环焊接而成，为了评估其疲劳强度，对其进行疲劳分析。采用中国船级社提供的参考疲劳．s一Ⅳ曲线，使用ANSYS建模先进行静力分析计算，再通过疲劳计算模块，计算其疲劳损伤，通过计算，在设计寿命期内，底法兰所发生的疲劳破坏为0．408。【关键词】风力发电机；底法兰；焊接；疲劳分析【中图分类号】TU392【文献标识码】A【文章编号

2、】1001—6864(2014)o4—0097一o3WELDFATIGUEANALYSISOFHIGHPoWERLEVELWINDTURBINEBASEFLANGJIANGHeng，TENGNian-guan(DepartmentofCivilEngi．ShanghaiJiaotongUniv．，Shanghai200240，China)Abstract：Windturbinebaseflangeiscarriedoutasforgedpiece，duetoprocessconditions，resul—ringinthehighmanufacturingcost．N

3、owreplacedbyfourweldedpieceflanges，andthenweldedtogeth—erwiththebasering，inordertoassessthefatiguestrength，weshoulddofatigueanalysis．UsingthereferencefatigueS-NcurvesprovidedbytheChinaClassificationSociety，ANSYSstaticisanalyzedfirst，andthenthroughthefatiguemoduletocalculatethefatiguedam

4、age，bycalculating，fatiguedamageOC—eurredinbaseflangeis0．408inthedesignlife．Keywords：windturbine；baseflange；welding；fatigueanalysis随着现如今能源消耗越来越大，风力发电作为一学评定方法，本文采用结构应力评定方法。种清洁可再生能源，越发受到重视。风力发电机主要在焊接节点中，紧靠焊址缺口威焊缝端部缺口前沿承受风力气动荷载，与桥梁等其他结构相比，风力机的局部应力称为结构应力，或称几何应力，其大小受整结构在设计寿命周期里承受更多的交变荷载循环，在体几

5、何参数的影响。结构应力的最大值称为热点应力，金属失效结构中，约8O％以上是由疲劳引起的，结构可采用厚度方向的应力分布线性化方法计算，应力分析的设计寿命主要由构件的疲劳寿命决定。时将厚度方向上的缺口应力分离，如图1所示。风力发电机塔筒的基础结构由于所受荷载较大，受力形式复杂，由此所引起的结构疲劳问题是设计所面临的主要问题，风力机塔筒与基础通过基础环连_重．(接，基础环焊接在基础底法兰上，底法兰锚固在风机基础中。基础底法兰在生产制造过程中需要整体锻造成型，制造成本较高，现改由4块法兰片拼焊而成⋯。由于焊缝处是结构的薄弱环节，更容易发生疲劳破坏，因此，对其进行疲劳分析尤为必

6、要。1热点应力法焊接结构疲劳强度取决于整体结构构造及接头细节特征等因素，考虑焊接接头类型及局部行为等不同结构层次的作用，焊接结构及其疲劳强度工程分析形成4个不同层次的方法，即名义应力评定方法、结构应力评定方法、缺口应力应变评定方法和断裂力二：=妻·(÷一一d)c2由S—N曲线确定。蒋衡等：大功率风力机基础底法兰焊缝疲劳分析在空气中的设计s—N曲线数据输入，再将各个工况一40(J年中的应力循环次数和应力循环水平存储于危险节Z200点241，计算出底法兰每年发生的疲劳损伤D。=000．0204，则20年的损伤值为：时间D2o=20×0．0204=0．408<1。(8)图6

7、T况荷载谱说明基础底法兰在20年的使用期内，不会发生疲劳破坏。300o置6结语Z(1)本文通过对热点应力的提取，找出最容易0O发生疲劳破坏的节点，采用中国船级社推荐的非管节时间￡／s点曲线，使用ANSYS有限元分析软件，对底部法兰焊图7工况荷载谱接处进行疲劳计算，通过计算，最大疲劳损伤为0．408<1，满足规范规定使用20年的要求，疲劳寿命安全系一30皇数为2．404。b一60(2)由于本文采用的是热点应力法来提取应力O最大处节点，对于焊接处有内部缺陷的计算尚存在一时间f，s定的局限性。图8应力时程谱Rayeigh分布。Weibul1分布函数采用形状