【技术实现步骤摘要】
本申请涉及海上塔架设计的，具体而言，涉及一种海上塔架内附件结构强度计算方法。
技术介绍
1、塔架是风力发电机组的关键机械结构件之一，在风机运行的过程中要承受复杂交变的惯性载荷，因此必须要有足够的强度和刚度，才能保证风机运行的平稳性和可靠性。塔架本身结构简单，但由于内附件结构较为复杂，现有技术中的工程算法对此复杂结构的计算精度较低，为了保证高的计算精度，目前在对进行强度计算时，通常采用有限元法，此方法不仅缩短研发设计周期，提高产品可靠性，且可减少设计成本。但在采用有限元法进行强度分析时，分析模型边界加载的正确与否，将直接决定了分析结果的准确性。目前针对塔架内附件的计算受力状态及边界描述不清晰，载荷边界不合理，且均未考虑内附件平台的刚度设计评估方法及其对风机运行可靠性的影响。
2、海上塔架内附件结构形状复杂不规则，传统的工程算法不适用，按照gl规范要求，采用有限元方法进行分析。塔架内附件焊接到塔架上，与塔架各平台通过螺栓连接，承受来自风机塔架载荷和平台自重及电气设备等重量，受力情况复杂。为保证风力发电机组正常工作，需要对塔架内附件结构进行强度分析。由于塔架内附件及平台通过螺栓与多个复杂部件连接，因此其结构的强度分析工作复杂、难度高，很多采用较大富余量材料，导致材料浪费较多。
技术实现思路
1、本申请提供了一种海上塔架内附件结构强度计算方法，以解决现有技术中的海上塔架内附件的设计准确性不高、材料浪费较多的问题。
2、根据本申请提供的一种海上塔架内附件结构强度计算方
3、s10 海上塔架内附件结构几何模型简化及分割处理；
4、s20 建立海上塔架内附件结构有限元模型；
5、s30 海上塔架内附件结构设计，海上塔架内附件结构设计包括：
6、s31 海上塔架内附件平台主辅梁结构有限元模拟；
7、s32 海上塔架内附件焊接结构有限元模拟；
8、s33 海上塔架内附件结构极限强度计算；
9、s34 海上塔架内附件结构疲劳强度计算。
10、进一步地，在步骤s31中包括：
11、s311 内附件平台主辅梁结构极限强度评估；
12、s312 内附件焊接结构极限强度计算考虑工况：
13、采用塔底极限荷载、平台自重、平台上电气设备自重，在y方向和x方向分别应用mxy值和fxy值，确保焊接支架处于最坏的压缩状态；
14、采用塔底维护荷载、平台自重、平台上电气设备自重及均布荷载，在y方向和x方向分别使用mxy和fxy，以确保焊接支架处于最坏的压缩状态。
15、进一步地，海上塔架内附件焊接支架与塔架之间焊接呈t型接头型式，焊趾应力为奇异点。在建立的有限元模型中，施加相关载荷进行计算，焊接支架允许出现塑性变形但总应变小于1%，同时区域最大为对应位置塔架壁厚的1/2。
16、进一步地，在步骤s32中包括：
17、计算焊接支架焊缝处应力集中系数，施加单位my弯矩，计算焊接支架焊缝处的应力集中系数，在y方向施加，以确保负载平行于焊接支架焊缝；
18、焊缝处名义应力计算见公式：
19、
20、式中：
21、——单位弯矩，单位为kn.m或n.m；
22、——焊接支架对应塔架截面抗弯截面系数，单位为m3或mm3。
23、进一步地，依据iiw外推得到焊接支架焊缝处应力见公式：
24、
25、式中：
26、——焊缝热点处应力，单位为mpa或pa；
27、——插值路径上距焊趾0.4t的应力,应力类型为主应力：第一主应力s1和第三主应力s3，单位为mpa或pa；
28、——插值路径上距焊趾1t的应力，应力类型为主应力：第一主应力s1和第三主应力s3，单位为mpa或pa。
29、进一步地，焊接支架焊缝处scf计算见公式：
30、。
31、进一步地，采用名义应力法计算焊接支架焊缝疲劳，负载作用下应力幅值计算见公式：
32、
33、式中：
34、——马尔可夫矩阵投影角对应得负载范围，单位为nm；
35、wxy——焊接支架对应塔架抗弯截面模量，单位为单位m3或mm3。
36、进一步地，计算焊接支架焊缝疲劳累计损伤，计算见公式：
37、
38、式中：
39、——的循环次数；
40、——材料sn曲线拐点所对应的循环次数，nd=5e6；
41、——材料安全系数；
42、——实际应力范围值，单位为mpa或pa；
43、——sn曲线拐点所对应的应力范围值，单位为mpa或pa，计算见公式（14）；
44、——s-n曲线的斜率，，k=3，反之k=5，
45、
46、式中：
47、na——δσc对应的循环次数，na=2e6；
48、nd——δσd对应的循环次数，nd=5e6；
49、δσc——疲劳设计等级。
50、进一步地，海上塔架内附件结构有限元模型所施加的约束条件为：塔架附件平台焊接支架载荷施加、塔底极限载荷、平台及设备自重、标准规定的活载荷位移约束、约束施加在塔架主体下端面上。
51、进一步地，海上塔架内附件结构有限元建模包括塔架主体、内附件焊接结构和内附件平台主辅梁结构；内附件平台主辅梁采用实体单元进行评估，有限元模型中包括平台和焊接支架，对平台及焊接支架进行力学简化，删除对计算结果影响较小的螺栓孔、工艺孔，平台评估中不考虑平台内部螺栓连接结构，假定其为共节点，采用实体单元建立塔架附件平台焊接支架有限元模型，该模型中焊接支架及其余塔筒焊接区域需要细化网格，该有限元模型主要包含：塔架主体、焊接支架和附件平台，采用实体单元建立塔架和附件平台焊接支架，附件平台主辅梁可以采用实体单元，和/或采用beam188单元或刚性连接单元mpc184单元来模拟，能够高效准确考虑平台主辅梁刚度影响。
52、应用本申请的技术方案，先对海上塔架内附件结构几何模型简化及分割处理，这样便于后续的模拟、校核以及计算。整体有限元模型可以得出可以承受作用力的薄弱点，再通过对主辅梁结构、焊接结构等容易被破坏的部位进行模拟，进一步提高了对容易破坏的位置的设计。通过对极限强度和疲劳强度的计算，使得海上塔架内附件结构的极限强度，以及疲劳强度有了进一步保障，即从静态和动态均进行了设计。本申请的技术方案有效地解决了现有技术中的海上塔架内附件的设计准确性不高、材料浪费较多的问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，在步骤S31中包括：
3.根据权利要求2所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，海上塔架内附件焊接支架与塔架之间焊接呈T型接头型式，焊趾应力为奇异点，在建立的有限元模型中，施加相关载荷进行计算，焊接支架允许出现塑性变形但总应变小于1%，同时区域最大为对应位置塔架壁厚的1/2。
4.根据权利要求2所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，在步骤S32中包括：
5.根据权利要求4所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，依据IIW外推得到焊接支架焊缝处应力见公式：
6.根据权利要求5所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，焊接支架焊缝处SCF计算见公式：
7.根据权利要求6所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，采用名义应力法计算焊接支架焊缝疲劳，负载作用下应力幅值计算见公式：
8.根据权利要求7所述的海上塔架内附件结构强度计算方
9.根据权利要求1至8中任一项所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，海上塔架内附件结构有限元模型所施加的约束条件为：塔架附件平台焊接支架载荷施加、塔底极限载荷、平台及设备自重、标准规定的活载荷位移约束、约束施加在塔架主体下端面上。
10.根据权利要求9所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，海上塔架内附件结构有限元建模包括塔架主体、内附件焊接结构和内附件平台主辅梁结构；内附件平台主辅梁采用实体单元进行评估，有限元模型中包括平台和焊接支架，对平台及焊接支架进行力学简化，删除对计算结果影响较小的螺栓孔、工艺孔，平台评估中不考虑平台内部螺栓连接结构，假定其为共节点，采用实体单元建立塔架附件平台焊接支架有限元模型，该模型中焊接支架及其余塔筒焊接区域需要细化网格，该有限元模型主要包含：塔架主体、焊接支架和附件平台，采用实体单元建立塔架和附件平台焊接支架，附件平台主辅梁可以采用实体单元，和/或采用Beam188单元或刚性连接单元MPC184单元来模拟，能够高效准确考虑平台主辅梁刚度影响。
...【技术特征摘要】
1.一种海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，在步骤s31中包括：
3.根据权利要求2所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，海上塔架内附件焊接支架与塔架之间焊接呈t型接头型式，焊趾应力为奇异点，在建立的有限元模型中，施加相关载荷进行计算，焊接支架允许出现塑性变形但总应变小于1%，同时区域最大为对应位置塔架壁厚的1/2。
4.根据权利要求2所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，在步骤s32中包括：
5.根据权利要求4所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，依据iiw外推得到焊接支架焊缝处应力见公式：
6.根据权利要求5所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，焊接支架焊缝处scf计算见公式：
7.根据权利要求6所述的海上塔架内附件结构强度计算方法，其特征在于，采用名义应力法计算焊接支架焊缝疲劳，负载作用下应力幅值计算见公式：
8.根据权利要求7所述的海上塔架内附件结构强度计算方...
【专利技术属性】
技术研发人员：李云龙，闵烨，郝二通，张璟，韩文涛，何瑞，韩战，闫中杰，杜建国，刘扬，陈东，
申请(专利权)人：中船风电清洁能源科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。