水平轴风力机塔架载荷谱及疲劳寿命仿真分析

徐国阳,宋　曦

(兰州理工大学 理学院,甘肃 兰州　730050)



水平轴风力机塔架载荷谱及疲劳寿命仿真分析

徐国阳,宋曦

(兰州理工大学 理学院,甘肃 兰州730050)

针对1.5 MW水平轴风力机,建立风力机的有限元模型。运用风振系数法和Betz动量理论计算风力机拟静力风载荷,以三角级数叠加法为基础分析了风力机塔架在复杂交变载荷作用下的响应,基于Miner线性疲劳累积损伤理论,分析了该类风力机塔架的疲劳寿命。结果表明,满足设计寿命要求30年,为风力机结构设计提供了参考依据。

水平轴风力机;风载荷;响应分析;疲劳寿命

塔架是风力机关键零部件,其强度和稳定性对风力机的可靠性起关键作用。由于风力机所处环境风况复杂,长期受到动载荷作用,容易产生疲劳破坏,影响风力机寿命[1],因此着重分析塔架的风载荷对其寿命预测具有重要意义。近年来,国内外学者已经对风力机的特性进行了一系列研究[2-6],但对于塔架的寿命而言,重点需要确定其运行过程中的风载荷,建立相应的风载荷计算方法。采用风振系数法和Betz理论[7]对1.5 MW水平轴风力机塔架和叶片进行等效风载荷计算,采用三角级数叠加法确定塔架在复杂交变载荷下的应力响应,在进行疲劳寿命分析时,基于Miner疲劳累积损伤理论,对风力机塔架的寿命进行估算。

1　风载荷模拟计算

疲劳寿命分析首先要分析构件的载荷状况,风力机塔架承受复杂的轴向力、弯矩、扭矩作用,同时不能忽略风力机叶片传递的力与桩基刚度对塔架寿命的影响。……