大型风力发电机塔架构件局部屈曲强度及稳定性分析

摘要

塔架是风力发电机组主要零部件之一，由于其昂贵的维修，使得塔架的质量、安全尤其重要。因而设计水平将直接影响风力机的工作性能和可靠性。其中最重要的就是塔架的稳定性设计与校核以及屈曲分析，这是塔架结构优化质量减轻等设计的主要影响参数之一，因此塔架的稳定性计算、屈曲分析具有十分重要的工程实用价值和研究意义。
　　 论文主要研究内容如下：
　　 ①从塔架材料特性制造工艺和结构静力学角度出发对塔架局部构件进行模型的抽象：引入整体力学模型(弹塑性压杆)，再引入塔架局部构件近真实模型(非加筋焊接圆柱壳)。
　　 ②在抽象模型的基础上分析了非线性弹塑性屈曲理论和研究了静力稳定性分析计算、强度分析与稳定性分析的区别、以及残余应力对其稳定的影响。
　　 ③根据三大近代屈曲理论，在分析现有试验资料的基础上得到的缺陷折减系数α，并考虑材料的非线性和残余应力对弹性屈曲强度的影响，利用了焊接圆柱壳残余应力的计算简图，按照切线模量理论确定了弹性模量折减系数β结合实测资料建立了轴向和周向压力作用下不加筋焊接圆柱壳周向屈曲应力的计算公式。
　　 ④应用有限元软件分析技术Pro/E、HyperMesh、MSC.Patran/Nastran等软件进行塔架的稳定性计算分析；利用本文建立的临界轴向屈曲应力公式，通过实例代值计算发现圆柱壳的确存在跳跃平衡形位，存有下临界值，通过工程计算和有限元软件计算结果对比，刚好是有限元模拟实验值的1/3左右。说明本文建立的计算公式及参数在结合有限元软件进行对比研究分析是极有工程实际参考价值的。