風力發電機組塔筒結構分析研究
摘 要
塔筒是風電機組的重要承重部件，隨著風電機組功率的增大，塔筒的結構尺寸也在增大，質量約占風電機組總量的50%，制造成本約占總量的15%。由于近年來風電機組倒塔事故頻發，塔筒結構強度也備受關注，塔筒結構分析研究對風電機組的可靠性和安全性有重要影響。
目前國內對塔筒的分析方法大多通過購買國外技術資料進行反求，研究內容僅限于靜強度、模態和部分細節分析等，且研究方法較粗略。
論文以大型風電機組塔筒為研究對象，基于德國勞埃德船級社規范，對塔筒結構有限元分析的傳統方法進行了深入研究，參照歐洲規范(Euro code)總結了橫向振動的簡化計算方法，主要研究內容如下：
① 對塔筒靜強度進行分析。研究了風電機組塔筒設計方法和載荷計算方法，分別用實體單元和殼單元建立塔筒有限元模型，選取部分特征載荷工況，校核塔筒結構強度是否滿足要求，并對比分析了計算結果。根據分析結果對塔筒結構進行優化設計。
② 對塔頂法蘭進行細節分析。由于塔頂的偏航軸承有內外圈和滾子，傳遞載荷時由于部件局部變形導致載荷的分布狀態呈非線性，論文從是否考慮載荷非線性傳遞的角度進行建模，綜合采用接觸分析法和螺栓預緊力的模擬加載法，并引入剛性面和 gap 單元建立塔頂法蘭靜強度分析有限元模型，并就所建立的多種有限元模型的分析結果進行對比。其中用 gap 單元和用剛性面模擬軸承滾子的方法為工程結構分析提供了新思路。
③ 對塔筒固有頻率進行分析?；谀B分析基本理論建立了塔筒振動方程，分別用殼單元和梁單元建立有限元模型并對計算結果進行對比分析，參照塔筒振動方程解耦結果，分析了塔筒門洞和地基對塔筒固有頻率的影響。
④ 參考歐洲規范提出了一種新的塔筒橫向振動分析方法。研究了無機艙塔筒和帶機艙塔筒因橫振引起的損傷，并分析了導致兩種損傷差異性的原因，基于這些原因為工程設計提供參考建議。
關鍵詞：風電機組，塔筒，有限元法，gap單元，橫向振動
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