2013年10月17日，国电联合动力的张东灿工程师给大家带来关于海上风机叶片根部强度分析的报告。以下是全文：

 

　　张东灿：各位观众大家上午好！我是国电联合动力的张东灿，我的演讲题目是“大型海上风机叶片根部强度分析报告”。研究背景是由于近年来海上风机发展比较迅猛，2012年全球海上风机装机量达到1131MW欧洲2012年新的海上风机项目主要在英国、德国和比利时，2012年还在建设的海上风机项目分布在丹麦、德国、瑞典、美国、中国、日本和韩国，总容量超过了4000MW。中国海上风机发展，2012年中国海上风机新增装机量46台，容量达到127MW，潮间带装机量为113MW，中国海上风电发展方面的主要成该集中在江苏和东潮间带1期50MW，增容项目和东潮间带50MW实验增容项目。表中可以看到目前2012年中国海上风电项目的情况，江苏响水和如东和上海东海大桥二期。

 

　　研究内容：主要从三个方面简单介绍一下

 

　　一个是叶片根部有元模型建立

 

　　二是叶根螺栓静强度分析

 

　　三是叶根疲劳分析

 

　　背景：国内联合动力是6赵宛风机，叶片采用负荷材料制造，叶片根部是呈规则的圆筒状，通过T型螺栓将其固定于轮毂上，T型螺栓对叶片来讲作用非常大，它决定了叶片连接强度和使用寿命。

 

 

　　这两个图是展示了叶片根部的有限元模型，由于有限元模型以及它的载荷和边际条件具有对称性，所以为了减少建模的工作量，缩短计算时间，所以采取一半的有限元设计，采用的是APDL，好处是计算过程中便于修改模型的尺寸，因为我们选用的叶根螺栓直径不一定是同时满足叶根连接的静强度，也就是极限强度和疲劳强度两方面的要求，所以计算过程中我们需要反复的修改螺栓的尺寸，通过APDL建立的模型便于快速的修改螺栓尺寸的大小，可以大大的减少工作量。

 

　　这个图是叶片有限元模型加载和边界条件，下面是轮毂的假体，堆积面是防止它进行平面移动，约束点是在叶根叶片建立一个质量点，通过RB3和叶片相连接。因为静强分析过程中有两个主要的工作载荷部位，第一个是加预紧力，采用第一主用力，大概是500多兆帕，因为连接的螺栓主要承接的是拉力，我们关注第一主用力大概是520多兆帕。（图）这个图展示的是外在，加在最大的叶根处的扭矩，扭矩产生的拉应力结果是700多兆帕，这个螺栓受到的强度最大，如果这个螺栓满足了，这可以说明这一组叶根螺栓它的强度是满足要求的。

 

　　叶根疲劳强度分析：

 

　　因为螺栓连接在里面承接了交变载荷作用，它主要问题就是疲劳破坏，疲劳强度保证在循环载荷情况下不会出现损坏。由于螺栓呈现非规律性变应力的影响，所以要通过一定的专业软件把它的载荷转化为横幅的疲劳载荷。通利用雨流统计法得到各个应力幅对应的循环次数，按照疲劳损伤累计假说，即Miner法则，进行计算。可以得到一个规律的变化，在应力幅的变化值，最后得到的是一个应力变化的趋势图。

 

　　根据国际标准，最终选择的是S/N曲线DCN50。

 

　　结论：本文在ANSYS软件中采用APDL进行参数化建立有限元模型，有限元模型在多个载荷步作用下，进行接触非线性计算。通过有限元方法计算确定螺栓应力范围及最大应力值，最大应力值有754兆帕，螺栓要求应力是850兆帕，它的静强度是满足静里要求的。利用线性累计损伤方法，计算得出最大损伤小于1，疲劳强度满足设计要求，该研究为叶片根端连接的设计。

 

　　谢谢大家！