兆瓦级风机高强度螺栓微裂纹扩展分析与疲劳强度研究

发布时间：2017-11-03 06:16

  本文关键词：兆瓦级风机高强度螺栓微裂纹扩展分析与疲劳强度研究

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【摘要】：风能作为一种取之不尽,用之不竭的绿色能源,是未来的发展趋势。但因高强度螺栓联接失效而导致的多起风机倒塔事故引起了广大科研工作者的重视,并为之提出提高高强度螺栓联接可靠性以确保风机安全运转的科研难题。为了研究高强度螺栓联接失效的原因,本论文以某兆瓦级风机的高强度螺栓为例,开展高强度螺栓微裂纹扩展与疲劳强度的研究。 首先,建立了兆瓦级风机高强度螺栓联接三维模型和有限元模型,基于不同预紧力条件下通过仿真分析得到含微裂纹兆瓦级风机高强度螺栓的应力分布及联接件的受力情况,提出了可供参考的高强度螺栓预紧力取值范围。其次,建立了高强度联接螺栓裂纹扩展模型,按照不同裂纹深度对高强度联接螺栓螺纹底端表面裂纹和螺纹顶端表面裂纹的扩展进行仿真分析。结果表明：高强度联接螺栓最大应力位置与裂纹位置无关,均出现在螺纹连接第1个螺纹处。在初始裂纹设置在第1个螺纹处时,由于高强度联接螺栓联接结构裂纹处产生应力集中、发生裂纹扩展现象,导致高强度联接螺栓应力过大,严重影响联接可靠性。最后,结合实际工作状态中兆瓦级风机高强度螺栓承受不同的预紧力,对高强度螺栓进行了疲劳强度仿真分析,揭示了高强度螺栓预紧力和疲劳寿命的关系,为高强度螺栓预紧力的合理设计提供了很好的理论依据,并采用实验的方式对某兆瓦级高强螺栓进行受力测试,结果发现组装工艺会导致实际施加到螺栓上的预紧力有很大的分散性,螺栓实际受力出现不能满足设计要求的可能性,从而降低螺栓的使用寿命,影响机组安全。图47幅,表13个,参考文献63篇。
【关键词】：兆瓦级风机 高强度螺栓 预紧力 微裂纹 扩展 疲劳强度
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH131.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景与研究意义9-10
• 1.2 高强度螺栓裂纹分析研究现状10-11
• 1.3 高强度联接螺栓疲劳研究现状11-13
• 1.3.1 高强度联接螺栓国外技术现状11-12
• 1.3.2 高强度联接螺栓国内技术现状12-13
• 1.4 论文内容和结构13-15
• 2 含微裂纹兆瓦级风机高强度螺栓联接强度分析15-32
• 2.1 含微裂纹兆瓦级风机高强度螺栓联接强度分析仿真模型15-23
• 2.1.1 扩展有限元理论15-18
• 2.1.2 兆瓦级风机偏航过程高强度螺栓联接强度分析几何模型18-19
• 2.1.3 兆瓦级风机偏航系统高强度螺栓联接有限元模型19-23
• 2.2 含微裂纹兆瓦级风机高强度螺栓联接强度仿真分析结果23-31
• 2.2.1 含微裂纹兆瓦级风机高强度螺栓联接静应力分析结果23-29
• 2.2.2 微裂纹螺栓连接件的强度分析29-31
• 2.3 本章小结31-32
• 3 兆瓦级风机高强度螺栓螺纹表面微裂纹分析32-45
• 3.1 偏航齿圈高强度联接螺栓螺纹表面裂纹分析仿真模型32-33
• 3.1.1 高强度螺栓螺纹表面裂纹分析几何模型与有限元模型32-33
• 3.2 高强度螺栓螺纹表面微裂纹分析结果33-43
• 3.2.1 高强度螺栓螺纹底端表面裂纹仿真分析情况33-38
• 3.2.2 高强度螺栓螺纹顶端表面裂纹仿真分析情况38-43
• 3.3 螺栓表面微裂纹检测结果分析43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 兆瓦级风机高强度螺栓的疲劳强度分析与实验研究45-61
• 4.1 兆瓦级风机高强度螺栓疲劳计算理论45-47
• 4.1.1 疲劳计算理论45-46
• 4.1.2 高强度螺栓的S-N曲线设置46-47
• 4.2 不同预紧力下高强度螺栓的疲劳强度分析47-54
• 4.2.1 风机高强度螺栓疲劳强度计算模型与条件47-50
• 4.2.2 不同预紧力下高强度螺栓疲劳强度计算的实现50-54
• 4.3 实验研究54-60
• 4.3.1 实验原理55
• 4.3.2 测试系统构成55-56
• 4.3.3 实验步骤56-58
• 4.3.4 数据分析与结论58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5 总结与展望61-63
• 5.1 工作总结61
• 5.2 研究展望61-63
• 参考文献63-68
• 攻读学位期间主要的研究成果目录68-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1134992