本报告是针对SL1500_ HT34风力发电机组的65米塔筒进行的疲劳分析,风区为S类风区(年平均风速为8.5 m/s,极限风速为50年一遇3秒阵风达到70 m/s)。
本报告采用的软件分别是载荷计算软件Bladed软件和有限元分析软件Ansys软件。疲劳载荷及载荷谱来自于Bladed软件的计算结果,应力集中系数的求解来自于有限元分析软件。
对于塔筒疲劳分析可根据ENV 1993-1-1标准,可按照钢结构疲劳载荷计算方法:S-N曲线的斜率分别为3和5,转折点载荷循环次数为nD=5.0×106如下图进行计算分析(m=4):
其中,根据ENV 1993-1-1标准,可得:
公式中参数
(1)转折点对应疲劳载荷幅值△sD下的最大循环次数 nD = 5.0×106次;
(2)材料安全系数 gM = 1.15;
(3)DC(Detailcategory) DC=△sc;
是指在2百万次循环载荷条件下对应的疲劳应力幅值。
(4)公式△sD=[DC×(2×106/nD)1/3]/gM×(25/t)1/4
上式括号[ ]内为不考虑修正的情况下,根据m=3可以得到
△sD=DC×(2×106/nD)1/3-标准的S-N曲线推导得到的
(其中,△sD对应循环次数nD;DC即△sc对应循环次数2×106)
1/gM×(25/t)1/4为考虑壁面厚度和材料安全系数
(5)transfer function( ..…. )是对安全系数的综合考虑
下面就分别塔筒门、塔筒壁等处进行分析:
1、塔筒门疲劳分析
在单位载荷-弯矩Mnor=109Nmm作用下,经过有限元软件分析得到塔筒门处的应力云图如下:
通过应力云图推算出塔筒焊缝的应力曲线如下图中粉色曲线:
取出0.9倍塔筒壁厚度对应的焊缝应力值和1.5倍塔筒壁厚度下对应的焊缝应力值两点做一条直线,则有焊缝厚度为0时的对应焊缝应力值为
smax=4.44 N/mm2
又有snor=Mnor/W
其中,W =(da4-di4)×p/32/da
da-塔筒外径
di -塔筒内径
得出:snor=3.13 N/mm2
因此得到应力集中因子为
SCF=smax/snor=4.44/3.13=1.42
考虑塔筒门的焊缝取DC=100,如塔筒壁厚为26 mm,则m=4情况下
等效疲劳载荷循环次数参考值为
nRev(DEL)=20×365.25×24×60×20.1= 2.11×108
转折点处对应疲劳载荷值为
△sD=100×(2×106/5×106)1/3/1.15×(25/26)1/4= 63.44 MN/m2