【摘 要】
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塔筒作为海上风力发电机的重要支撑部分,不仅要承受外界载荷的作用,还要遭受海洋环境腐蚀所带来的影响,二者相互耦合,塔筒结构更易遭受破坏。为更好的掌握塔筒材料在海洋环境下腐蚀规律及力学性能变化规律,为风力发电机塔筒结构优化设计提供理论基础。本文利用ANSYS仿真软件对塔筒进行了载荷分析;利用盐雾腐蚀箱及WDML-5微机控制应力腐蚀机,通过腐蚀失重计算、XRD分析、SEM观察、电化学测试等方法对塔筒材料
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塔筒作为海上风力发电机的重要支撑部分,不仅要承受外界载荷的作用,还要遭受海洋环境腐蚀所带来的影响,二者相互耦合,塔筒结构更易遭受破坏。为更好的掌握塔筒材料在海洋环境下腐蚀规律及力学性能变化规律,为风力发电机塔筒结构优化设计提供理论基础。本文利用ANSYS仿真软件对塔筒进行了载荷分析;利用盐雾腐蚀箱及WDML-5微机控制应力腐蚀机,通过腐蚀失重计算、XRD分析、SEM观察、电化学测试等方法对塔筒材料腐蚀规律及力学性能进行分析,其主要内容和结果如下:（1）利用干湿酸性盐雾试验模拟沿海大气环境,对塔筒材料Q345D腐蚀24h、48h、72h、96h、168h、240h、360h、480h,研究海洋环境对塔筒材料Q345D腐蚀行为所造成的影响。结果表明:Q345D钢的腐蚀失重随腐蚀周期的增加呈现增长性变化趋势。腐蚀前168h内,腐蚀失重依次为:8.701mg·cm-2、16.595mg·cm-2、28.431mg·cm-2、44.536mg·cm-2,腐蚀速率较快;腐蚀168h到240h时,腐蚀失重依次为:106.105mg·cm-2、148.736mg·cm-2,腐蚀速率减缓;腐蚀360h后,腐蚀失重依次为:363.734mg·cm-2、576.343mg·cm-2,速率又开始缓慢增加。（2）以DTU研究10MW参考风力发电机为基础,研究MW级大型海上风力发电机塔筒在运行过程中受力情况,利用ANSYS仿真软件将DTU 10MW风机基本材料S355钢定义为国内风电塔筒常用材料Q345D钢,分析塔筒在三种工况下的受力状况。结果表明;塔筒在额定工况下受载荷影响所产生最大应力、最大位移依次为111.65MPa、123.27mm;在切出工况下受载荷影响所产生最大应力、最大位移依次为136.22MPa、750.75mm;在极限工况下受载荷影响所产生最大应力、最大位移依次为29.21MPa、94.11mm;因此,在切出工况下,塔筒所受影响最大,并且此时最大应力小于许用应力313.64MPa、最大位移小于允许最大变形量为1.541m,满足强度校核要求;由模态分析可知,塔筒前十阶频率均不在叶轮共振频率0.1-0.16HZ和0.3-0.48HZ之间,前二阶频率处于0.16-0.3HZ范围内,因此属于柔性塔。（3）以应变速率、温度、盐雾环境条件为试验因素,以应力腐蚀敏感指数、延伸率、断面收缩率、断裂时间为评价指标,设计了腐蚀与载荷耦合作用下三因素三水平正交试验,研究塔筒材料在海洋环境下的应力腐蚀规律,结果表明:材料在3×10-7S-1速率、50℃温度、间隔喷雾试验方案下出现大量解理面,具有明显应力腐蚀敏感性,此时材料下屈服点和抗拉强度达到最小,依次为345.735MPa、482.2MPa;依据腐蚀与载荷耦合试验设计了单一腐蚀后拉伸试验,研究海洋环境对塔筒材料力学性能的影响,结果表明:在试验条件为3×10-7S-1、连续喷雾时,塔筒材料性能退化最快;在腐蚀与载荷耦合试验中,试验条件为3×10-7S-1、间隔喷雾时,塔筒材料性能退化最快,此时材料下屈服点和抗拉强度达到最小,依次为325.745MPa、457.82MPa;二次试验相比较而言,单一腐蚀后拉伸试验对材料性能影响更严重。
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