能源——基于ABAQUS二次开发的风力发电机塔筒焊缝分析.pdfVIP

基于ABAQUS二次开发的风力发电机塔筒焊缝分析 摘要：本文利用ABAQUS为二次开发用户提供的Python脚本接口，基于 Python语言对ABAQUS后处理模块进行了二次开发。介绍了后处理二次 开发的原理和方法，在ABAQUS环境下执行Python脚本访问结果数据库 提取了某兆瓦级风力发电机组塔筒门段处Von Mises应力最大的节点 编号以及最大的应力，有效的减少了门段焊缝疲劳分析的工作量。 0.引言 塔筒在风力发电机组中支撑着机舱、发电机和风轮系统，使其在 设计高度运行，以获得足够的风能来保证发电机正常运转。由于塔筒 无法制作试件进行试验，故需要仿真计算确保其有足够的强度、刚度 和寿命。塔筒的强度分析和刚度分析建立好有限元模型施加载荷进行 求解即可，对于塔筒寿命分析中主要考虑焊缝的疲劳寿命，行业中常 用热点应力法，对热点的应力时间历程进行雨流计数后运用疲劳累积 损伤法则来求解损伤值或寿命。在塔筒疲劳寿命的分析中，运用 ABAQUS 对各个分量单位载荷作用下门段部分塔筒的应力分布情况进 行求解，并分析计算结果确定所需的数个热点。为此,本文基于Python 语言对ABAQUS 的后处理进行了二次开发。通过所开发的程序,对各个 分量载荷作用下门段塔筒各个节点的Von Mises 应力进行遍历比较， 最终将选出Von Mises 应力值最高的4 个节点，并且可以自动生成信 息文件，通过生成的信息文件记录节点编号和相应的应力值。 1. Python 语言与ABAQUS 接口 Python是被广泛使用的一种面向对象的编程语言,具有功能强大、 跨平台撰写脚本、开发快速等特点。ABAQUS脚本接口允许用户绕过 ABAQUS/CAE用户界面接口(GUI),通过Python语言编写的脚本程序,直 接与ABAQUS 内核进行交互。使用Python编写的脚本程序,用户可以实 现自动化重复性作业、进行参数研究、创建和修改模型及模型数据库、 访问结果数据库等功能。常见的开发主要有以下几种途径： 1)通过用户子程序可开发新的模型，控制ABAQUS计算过程； 2)通过内核脚本可以实现前处理建模和后处理分析计算结果； 3)通过GUI脚本可以创建新的图形用户界面和用户交互。 ABAQUS对象模型分为session，mdb，odb 3类。session对象用来 定义视图，远程队列，用户定义的视图等；mdb对象包括计算模型对 象和作业对象；odb对象包括计算模型对象和计算结果数据。结果数 据由ABAQUS分析得到，其中包含了模型数据和结果数据。模型数据描 述了分析中使用的模型，包括零件、装配等。结果数据描述了分析得 到的结果，包括分析步、帧、场变量输出和历史变量输出等。因此用 Python脚本访问ABAQUS结果数据库，进行相应的处理，然后输出相应 形式供用户查看。 2. ABAQUS 后处理二次开发的实现 2.1、原理与方法 对ABAQUS后处理二次开发,可先使用ABAQUS进行数值模拟:根据 所要模拟的问题类型进行建模,如建立几何模型、分配材料属性、施 加载荷及边界条件、设定分析步和划分网格等;然后形成输入文件等。 ABAQUS/CAE在rpy文件中用Python脚本方式记录所有操作命令,用记 事本打开rpy文件,然后根据需要进行简单的修改,即可形成二次开发 的程序代码。 计算结束后形成结果文件,使用Python脚本访问结果数据库,实 现结果文件的控制与读写;然后根据实际问题和数据的存储路径,引 用对象变量或使用数据对象得到要处理的数据;对数据进行遍历比较 运算得到应力大小的排序，选取应力最大的四个节点编号以及应力值 以文件的形式输出,方便分析和查看。 2.2、实例 对某兆瓦级门段塔筒进行有限元网格划分、分配材料属性、施加 载荷及边界条件、设定分析步，然后提交计算得到odb 结果文件，有 限元模型和结果云图，见图2.1 和2.2 所示。 图 2.1 有限元模型 图 2.2 结果云图 得出分析结果后,通过访问odb 下面的steps对象,遍历各个分析 步和帧的Von Mises 应力值,查找最大值,并将最大值添加至结果变量。 主要程序代码如下所示: #通过循环迭代查找Von Mises 应力的最大值； from abaqus import * from abaqusConstants import * imp