风力发电机组有限元及螺纹紧固件联接.ppt

谢谢！ 失效模式一：螺栓预紧力不够，无法抵抗外载荷 螺栓预紧力不够而导致法兰面被拉开，进而引起螺栓疲劳失效 连接件受轴向外载荷 失效模式二：螺栓所受载荷过大，被拉断 外加轴向载荷作用于螺栓轴向方向时，螺栓轴向力增加。当外载荷足够大时，可能导致螺栓被拉断 失效模式三：螺栓疲劳断裂 螺栓疲劳断裂 …失效模式三：螺栓疲劳断裂 裂纹往往在高应力集中区域萌生 裂纹可能出现的区域 a.螺栓头过渡圆角 b.螺纹尾部 c.螺母下第一扣罗纹 失效模式四：螺母或螺栓头下支承面压应力过大 当支承面压应力超过一定极限值时，材料塑性变形会引起蠕变，进而导致螺栓预紧力的损失。 失效模式五：螺纹脱扣 内螺纹滑扣 …失效模式五：螺纹脱扣 外螺纹滑扣 …失效模式五：螺纹脱扣 A：内螺纹滑扣 B：外螺纹滑扣 …失效模式五：螺纹脱扣 螺纹脱扣是逐渐发生的，很难发现并增加了因紧固件失效而造成事故的危险性。螺杆的断裂是突然发生，比较容易发现。因此应确保螺纹脱扣载荷大于螺栓拉断载荷。 旋合长度 引起螺纹滑扣的原因之一：旋合长度不够 为什么预紧力非常重要？ 外载荷施加在螺栓联接上 螺栓预紧前 螺栓预紧后 施加外载荷 弹簧 刻度表示螺杆受力 弹簧受压 螺杆受力为2 弹簧受压 螺杆受力几乎不增加 螺栓联接图-预紧过程 压力 拉力 力 压缩 拉伸 被联接件压缩线 螺栓拉伸线 …螺栓联接图-预紧过程 螺栓 被联接件 拉伸 压缩 螺栓预紧力 被联接件被螺栓紧固力夹紧 力 变形 螺栓联接图-外载荷作用（轴向拉力） 外载荷 螺栓轴力增加 被联接件压力减小 外载荷 力 变形 螺栓 被联接件 伸长 压缩 螺栓联接图-外载荷过大（轴向拉力） 螺栓屈服 被联接面被拉开 力 力 变形 变形 外载荷 外载荷 屈服点 螺栓伸长 被联接件压缩 间隙 被联接件压缩 螺栓伸长 间隙 螺栓拉力增加 被联接件压力减小 外载荷 外载荷 高预紧力的好处 螺栓拉力 外载荷 外载荷作用线 被联接面分离，出现间隙 螺栓拉力线 分离点 外载荷 间隙 外载荷 一旦外载荷增至使被联接面分离，外载荷将全部由螺栓承担。 …高预紧力的好处 螺栓拉力 高预紧力 低预紧力 外载荷 分离点 分离点 高预紧力下，螺栓能承受更多的外载荷。一旦被联接面发生分离，螺栓将很快失效。 “硬联接”还是“软联接” 力 力 变形 变形 外载荷 外载荷 被联接件刚度大, 螺栓刚度小 被联接件刚度小, 螺栓刚度大 硬联接 软联接 为什么叶片根部螺栓多为细杆 细杆螺栓减小螺栓刚度 螺栓刚度相对被联接件刚度比值减小 外载荷作用下，螺栓承受外载荷的比例减小 进而提高螺栓疲劳强度 引起螺栓预紧力变化的主要因素 摩擦副的嵌入现象 紧固先后顺序所引起的弹性相互影响 单个螺栓紧固过程中预紧力的离散性 摩擦副的嵌入现象 螺栓紧固的主要方式 力矩法 力矩-转角法 伸长量 拉伸器、超声波等 力矩法：力矩与预紧力关系 支承面消耗力矩 螺纹摩擦副消耗力矩 螺栓拉伸消耗力矩 扭矩系数： 力矩法：扭矩系数的离散性 扭矩系数 K 概率（%） 摩擦系数的变化导致扭矩系数的变化，进而导致预紧力的变化。 0.253/0.153=1.66 轮毂-变桨轴承连接螺栓力矩 平均扭矩系数：0.15 力矩：M=KPd=0.15*(0.70*561*940)*30=1660Nm 如果力矩2000Nm，则平均轴力84%屈服强度 按轴力波动±23%，则最大103%屈服轴力 螺栓的有限元分析 案例分析：偏航齿轮箱螺栓 案例分析：主轴表面拉毛 案例分析：主轴表面拉毛 …案例分析：主轴表面拉毛 …案例分析：主轴表面拉毛 案例分析：结构件上开孔 …案例分析：结构件上开孔 风力发电机组有限元及螺纹紧固件联接 什么是有限元分析 有限元分析是一种模拟设计载荷条件，并且确定在载荷条件下的设计响应的方法。 它是用被称之为“单元”的离散的块体来模拟设计。 每一个单元都有确定的方程来描述在一定载荷下的响应。 模型中所有单元响应的“和”给出了设计的总体响应。 单元中未知量的个数是有限的，因此称为“有限单元”。 …什么是有限元分析 F f y f x uy ux [K]{u} = {F} 为什么需要有限元分析 减少模型试验的数量 计算机模拟容许对大量的假设情况进行快速有效的试验 模拟不适合在原型上试验的设计 节省费用 节省时间，缩短产品开发时间 创造出更可靠、高品质的设计 有限元应用领域 汽车 建筑 桥梁 电力电子 铁路 航空航天 生物 风力发电机组 风力发电机组有限元分析 叶片 轮毂 主轴 主轴承座 主机架 发电机机架 机舱罩 塔筒 结构件螺栓连接 轮毂 叶片 主轴承座 主轴 主机架 发电机机架 机舱罩 塔筒 轮毂 主轴 主轴承座 主机架 …主机架 发电机机架 塔筒顶部 塔筒