基于扩展有限元的风电齿轮箱齿轮微点蚀模拟

发布时间：2022-09-30 11:14

　　石油和煤炭作为最常见的能源,其储量是有限的,且会导致环境污染等问题。新能源的开发是未来的必然趋势,风能作为一种可循环使用的清洁能源受到世界各国的重视。截止2016年,我国在世界的风电领域占领了榜首,累计风机装机量已经达到1.69亿千瓦,而且风电市场还会不断壮大,前景广阔。风电机组往往安装在高山、荒郊、大海,工作环境恶劣,维修困难,成本高,且随着风电机组功率不断增大,对其可靠性提出了更高的要求。据统计,在风电机组的各个组件中,风电齿轮箱的故障率较高且其故障停机时间较长,其中又以齿轮的故障占比最大,因此有必要深入研究风电齿轮箱齿轮的失效机理。本文以功率分流型2.5MW风电齿轮箱为研究对象,对其进行FMECA分析,确定薄弱环节和主要失效模式,采用弹流润滑理论计算轮齿的接触压力分布,基于扩展有限元模拟不同初始裂纹下微点蚀的形成过程。论文的主要内容如下:第一,简述了论文研究的背景和意义,综述了风力发电的国内外现状,在总结分析齿轮点蚀机理国内外研究现状的基础上,提出了论文的主要研究内容。第二,分析了功率分流型2.5MW风电齿轮箱的结构和工况环境,运用有限元软件分析各齿轮的受力情况,结合有限元分析结... 

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 风力发电的发展现状
    1.3 齿轮点蚀国内外研究现状
    1.4 本文主要内容
第二章 2.5MW风电齿轮箱FMECA分析
    2.1 引言
    2.2 2.5MW风电齿轮箱结构和参数
    2.3 2.5MW风电齿轮箱工作环境
    2.4 风电齿轮箱有限元分析
        2.4.1 一级传动系统有限元分析
        2.4.2 二级传动系统有限元分析
        2.4.3 三级斜齿轮传动有限元分析
    2.5 2.5MW风电齿轮箱的故障模式影响及其危害性分析
    2.6 本章小结
第三章 基于弹流润滑的齿轮接触压力分布计算方法
    3.1 引言
    3.2 齿轮啮合过程参数
        3.2.1 曲率半径
        3.2.2 接触载荷
        3.2.3 滑滚速度
        3.2.4 2.5 MW齿轮箱传动比计算
    3.3 齿轮啮合模型的简化
    3.4 基于弹流润滑的接触压力计算方法
    3.5 本章小结
第四章 基于XFEM的风电齿轮箱齿轮微点蚀模拟
    4.1 引言
    4.2 齿轮疲劳微点蚀形成机理分析
    4.3 扩展有限元法(XFEM)
        4.3.1 XFEM理论
        4.3.2 最小应变能密度强度因子理论
        4.3.3 最大周向拉应力强度因子理论
        4.3.4 最大能量释放率理论
    4.4 基于扩展有限元的齿轮微点蚀模拟
        4.4.1 二维齿轮摩擦副有限元模型的建立
        4.4.2 材料性能
        4.4.3 载荷加载和边界条件
        4.4.4 网格划分
        4.4.5 裂纹扩展分析
    4.5 裂纹扩展长度与循环次数的计算
        4.5.1 应力强度因子与裂纹扩展长度关系计算
        4.5.2 应力循环次数与裂纹扩展长度关系计算
    4.6 不同初始裂纹长度裂纹扩展情况分析
    4.7 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]渐开线齿轮齿根断裂力学分析[D]. 顾浩.南京航空航天大学 2007



本文编号：3683449