基于失效物理相关性的风电齿轮箱可靠性分析

摘要

风电机组是风力发电系统的核心设备。齿轮箱作为风电机组的主要传动部分，具有长寿命和高可靠性等技术要求。对于风电齿轮箱而言，失效相关是一种普遍存在的现象，忽略系统失效的相关性，常常会导致过大的误差。齿轮箱的失效相关性主要有两个方面。一方面，齿轮箱中的零部件具有多种失效模式，各失效模式之间存在着失效相关性；另一方面，由于受同一输入转矩的作用，齿轮箱中各零部件之间存在着失效相关性。因此，本文以失效物理的角度从这两个方面出发，基于1.5MW水平轴风电齿轮箱的实际设计参数和工况参数，对风电齿轮箱及其零部件的可靠性进行研究。
　　主要研究结果包含以下三个方面：
　　(1)针对齿轮两种失效模式间的失效相关，综合考虑应力相关和强度相关，利用失效物理应力强度模型结合全概率公式建立考虑强度退化的失效相关联合分布。从失效机理和本质上对风电齿轮箱进行可靠性分析。
　　(2)通过失效物理应力强度模型，建立考虑强度退化的失效相关联合分布。从失效物理角度阐述了失效相关的实质是强度和应力中共同的随机变量间存在一定的隐性的非线性映射关联性。并对造成这种映射关联性的原因进行了探究。结果表明，引起这种映射关联性的根本原因是强度和应力中相关随机变量的波动性和分散性。
　　(3)针对风电齿轮箱零部件间失效相关问题，以风电齿轮箱失效相关机理为依据，得到风电齿轮箱失效相关故障树模型。对风电齿轮箱故障树各失效部分，从失效物理的角度，利用失效物理应力强度模型结合强度退化建立各部分失效相关联合分布，得到共因失效下的风电齿轮箱失效物理可靠性模型。

目录

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附表索引

符号及缩略语

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路及主要内容

第2章 失效物理与机械系统可靠性理论

2.1 失效物理的概念

2.2 失效物理模型

2.3 机械系统可靠性建模理论和方法

2.4 本章小结

第3章 考虑失效模式相关的风电齿轮箱可靠性分析

3.1 考虑强度退化的失效相关联合分布

3.2 风电齿轮箱传动系统可靠性分析

3.3 本章小结

第4章 基于失效物理的风电齿轮箱失效相关机理分析

4.1风电齿轮箱系统失效相关机理分析

4.2 本章小结

第5章 考虑共因失效的风电齿轮箱可靠性分析

5.1 风电齿轮箱失效相关故障树模型

5.2 风电齿轮箱失效相关可靠性分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文