大型直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片部位是風(fēng)電機(jī)組中最為重要的工作部件,所處工作環(huán)境十分惡劣,通常承受復(fù)雜的隨機(jī)變幅載荷作用,很容易發(fā)生疲勞破壞,從而導(dǎo)致風(fēng)輪乃至整個(gè)風(fēng)電機(jī)組失效停機(jī)。為了提高風(fēng)電機(jī)組在使用時(shí)的可靠性,有必要對(duì)葉片部位的疲勞壽命進(jìn)行準(zhǔn)確地預(yù)估。在對(duì)葉片進(jìn)行疲勞壽命分析之前,本文對(duì)作用于葉片的各類(lèi)型載荷進(jìn)行研究,利用電阻應(yīng)變片傳感器對(duì)葉片所承受的隨機(jī)變幅載荷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),繼而構(gòu)建了一套載荷信號(hào)采集與處理的系統(tǒng),并對(duì)所采集到的載荷數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理操作,濾除影響信號(hào)精度的無(wú)關(guān)信號(hào),從而獲取真實(shí)可用的原始宏觀載荷數(shù)據(jù)。對(duì)葉片的疲勞壽命進(jìn)行分析和估算時(shí),需要對(duì)葉片的強(qiáng)度和變形進(jìn)行分析校核,本文利用Profili翼型設(shè)計(jì)軟件與Pro/E三維制圖軟件,構(gòu)造出風(fēng)力機(jī)葉片的幾何模型,并將其導(dǎo)入到ANSYS有限元分析軟件中,通過(guò)劃分網(wǎng)格等操作進(jìn)行處理,構(gòu)造出風(fēng)力機(jī)葉片的有限元模型,通過(guò)ANSYS中求解模塊對(duì)葉片應(yīng)力分布情況與變形情況進(jìn)行分析計(jì)算,結(jié)果表明符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。同時(shí)采用求取分級(jí)等效載荷的方法將連續(xù)應(yīng)力載荷譜階梯化處理為離散應(yīng)力載荷譜,使數(shù)據(jù)處理量和數(shù)據(jù)分析工作量大大減少,為葉片疲勞壽命估算提供了有效的數(shù)據(jù)支持。在對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行疲勞壽命估算時(shí),需要考慮到對(duì)材料疲勞壽命估算精度產(chǎn)生重要影響的載荷間相互作用效應(yīng)。但當(dāng)前研究成果中疲勞壽命估算方法大都難以將此效應(yīng)考慮在內(nèi),從而導(dǎo)致材料的疲勞壽命估算誤差較大。為了更加精確地對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞壽命進(jìn)行估算,本文提出將泊松隨機(jī)過(guò)程理論與伴隨損傷理論相結(jié)合的疲勞壽命估算方法對(duì)葉片疲勞壽命進(jìn)行分析估算,即采用泊松隨機(jī)過(guò)程相關(guān)分布函數(shù)來(lái)對(duì)葉片所受隨機(jī)載荷的時(shí)序分布情況進(jìn)行描述,同時(shí)借助斷裂力學(xué)相關(guān)理論對(duì)材料疲勞損傷機(jī)理進(jìn)行深入研究,采用伴隨損傷理論中相關(guān)函數(shù)公式對(duì)載荷間相互作用效應(yīng)進(jìn)行定量分析,并將基于兩種理論所求得的函數(shù)表達(dá)式結(jié)合起來(lái)聯(lián)立求解,最終得出可以充分考慮載荷間相互作用效應(yīng)影響的疲勞損傷累積計(jì)算方法。以該方法估測(cè)隨機(jī)加載條件下45鋼試件的疲勞壽命,并將所得結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,誤差僅為11%,與當(dāng)前研究中的疲勞壽命估算方法相比精度更高。最后,以該方法對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的疲勞壽命進(jìn)行估算,結(jié)果符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求,為風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的疲勞壽命分析及可靠性分析提供了一種新的方法和途徑。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類(lèi)】：TM315

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