【摘 要】
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变桨轴承作为风电机组的关键零部件,通过螺栓连接轮毂及叶片,但是,在受载过程中螺栓连接预紧力变化、接触应力分布及对于整体轴承的疲劳寿命影响规律等机理还未被完全理解与揭示,而且影响因素众多,增加了螺栓连接力学特性及大型轴承疲劳寿命分析的复杂程度。本文以3.4 MW变桨轴承螺栓连接为研究对象,采用理论计算、数值模拟及试验等方法开展了螺栓连接力学建模、预紧力、接触应力分析及疲劳寿命预测等研究。主要内容如下
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变桨轴承作为风电机组的关键零部件,通过螺栓连接轮毂及叶片,但是,在受载过程中螺栓连接预紧力变化、接触应力分布及对于整体轴承的疲劳寿命影响规律等机理还未被完全理解与揭示,而且影响因素众多,增加了螺栓连接力学特性及大型轴承疲劳寿命分析的复杂程度。本文以3.4 MW变桨轴承螺栓连接为研究对象,采用理论计算、数值模拟及试验等方法开展了螺栓连接力学建模、预紧力、接触应力分析及疲劳寿命预测等研究。主要内容如下:1、基于3.4 MW变桨轴承螺栓连接的特点,采用VDI2230准则,建立了理论计算模型;建立了真实螺纹、截面螺纹、MPC法等三种螺栓连接的有限元模型,研究了三种建模方法的优缺点及适用范围,并与理论计算结果进行对比分析,获得了适用于变桨轴承螺栓连接的工程化建模方法。2、提出了一种基于振动弯曲模态的螺栓连接预紧力评估方法,搭建了螺栓连接预紧力试验平台,针对螺栓连接试件,开展了不同预紧力作用下的锤击法模态试验;结合有限元模态分析,获得了预紧力变化与螺栓连接弯曲频率、振型的对应关系。理论与试验对比结果表明,可以通过螺栓连接结构的弯曲模态频率来评估预紧力的变化,并对该方法的适用性做了相关研究。3、开展了基于感测片的螺栓连接接触应力分布试验,结合数值模拟分析,对螺栓连接结合面的接触应力分布规律及影响区域进行了相关研究。研究了螺栓连接组中螺栓拧紧顺序对接触应力分布的影响规律,获得了合理的拧紧顺序。4、建立了变桨轴承整体静力学模型,获得了各滚珠的接触载荷分布。基于最大接触载荷,建立了考虑螺栓连接的变桨轴承局部子模型,研究了接触载荷下的应力分布规律。基于变桨轴承实际载荷谱,针对变桨轴承局部子模型,建立了“载荷—应力”关系,结合Miner累积损伤理论,计算了变桨轴承疲劳寿命。
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