风力机塔架螺栓松动动力特性分析

摘要

随着我国风电事业的高速发展，由螺栓松动引起的风力机塔架倒塌事故时有发生。目前主要是人工逐个对螺栓松动进行检查，耗费了大量的人力，因此亟待提出系统而方便的螺栓松动损伤快速识别和诊断方法。从这点出发，本文研究了风力机塔架法兰-螺栓结构所受载荷对螺栓松动的影响，并分析了螺栓松动损伤对风力机塔架动力特性的影响，为风力机塔架螺栓松动损伤快速识别和诊断提供依据和帮助。 本文通过建立风力机塔架法兰-螺栓连接结构的单个法兰-螺栓单元有限元实体模型，分析了法兰-螺栓连接结构所受载荷对螺栓松动的影响；通过建立能反应风力机塔架螺栓松动损伤的等效模型，探讨了风力机塔架螺栓松动损伤对风力机塔架的一阶固有频率、一阶振型，风力机塔架塔顶位移、速度、加速度，风力机塔架法兰-螺栓连接结构的应变的影响。 本文研究发现：法兰-螺栓所受载荷对上法兰和螺母接触面接触压力和螺纹接触面接触压力的分布影响非常小；轴向载荷和横向载荷单独作用下，上法兰和螺母接触面接触压力和螺纹接触面接触压力的分布随载荷幅值的增加，不对称性、压力差越来越大，横向载荷下比轴向载荷下影响更大；法兰-螺栓所受轴向和横向载荷共同作用下载荷幅值对上法兰和螺母接触面接触压力和螺纹接触面接触压力分布的影响较小。多次循环载荷下，引起螺栓预紧力下降和螺母的旋出，导致螺栓松动。螺栓松动损伤对风力机塔架的一阶固有频率及对应一阶振型，风力机塔架塔顶位移、速度、加速度不敏感，而对风力机塔架法兰-螺栓连接结构的切向应变、法向应变较为敏感，可考虑将实际中的法兰或螺栓应变作为风力机塔架螺栓松动损伤的识别和诊断的参量。

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