风力机盘式制动器热—结构耦合和剩余寿命分析

发布时间：2020-05-31 06:53

【摘要】：制动器是风力机制动系统的核心部件,直接关系到风力机的能否安全运行。风力机制动过程涉及到多个物理场,对制动器热-结构耦合分析可以揭示制动过程中的摩擦机理。同时,制动盘在制动过程中受到循环交变热应力,发生疲劳破坏,在制动盘热-结构耦合的基础上,开展风力机盘式制动器盘疲劳裂纹寿命研究具有重要的意义。本文以1.5MW风力机盘式制动器为研究的对象,基于大型有限元软件ansys建立了风力机主轴制动器三维有限元模型,采用热-结构顺序耦合的方法模拟研究了风力机在紧急制动下制动器温度场和应力场的分布。同时,研究了风力机制动盘裂纹扩展,并以此为基础分析了风力机制动盘的剩余寿命。论文的主要研究工作如下:(1)概括了国内外有关风力机制动器热-结构耦合和风力机制动器裂纹扩展的研究现状,介绍了风力机制动过程中涉及到的热-结构耦合和剩余寿命分析的相关理论,包括热-结构耦合方法、摩擦生热理论和半椭圆裂纹的应力强度因子的计算等。(2)利用有限元软件ansys建立了风力机制动器的有限元模型,确定了风力机盘式制动器的边界条件、结构参数和材料参数,同时计算了风力机盘式制动器的制动力矩。在此基础上,模拟了风力机盘式制动器在紧急制动下温度场和应力场的分布。结果表明:制动盘的温度分布是不均匀的,制动盘和摩擦片的接触摩擦表面的温度是最高的,制动盘上应力的分布也不均匀。(3)基于风力机在紧急制动时制动盘温度场和应力场的分布,分析制动盘的失效机理,确定裂纹常发生的区域。模拟了风力机制动盘在高温和低温不同的环境下的应力强度因子,建立了风力机制动盘裂纹应力强度因子和裂纹长度之间的关系。将风力机盘式制动器的初始裂纹长度0a认为是随机分布,分析了不同的初始裂纹0a下风力机制动盘裂纹扩展寿命。研究表明:若是风力机制动盘盘面存在初始裂纹,在制动过程中,制动盘受到循环的热应力作用,盘面的初始裂纹不断扩展,制动盘的寿命随着裂纹的扩展不断降低,所以严格控制风力机制动盘的初始裂纹0a对其寿命有着非常重要的作用。
【图文】：

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图 1.1 全球风电年累计和新增装机容量（MW）Fig.1.1 Newly total and increased installed capacity of wind power in the word中国对全球的新增风电装机容量贡献了 34.7%，超过了美国、德国和印度对全装机容量之和（33.1%）。中国、美国、德国、印度四国占据了 2016 年的风电市场大部分市场份额。图 1.2 是 2016 年全球新增风电装机容量前十。020000400006000080000100000120000140000160000180000MW

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是非常困难的。制动过程中温度和应力都是变量，不是固定的，而是非线性变化的。在制动过程中，温度和应力之间相布的不均，造成了制动器的热变形，同时制动器的热变形又-结构耦合相关理论介绍型类型分为空气动力制动和机械制动，，机械制动又包括叶轮锁的制动器可以分为盘式制动器和鼓式制动器，因为盘式制动器械制动中最常用到。盘式制动器可以细分为全盘式制动器、器。因为钳盘式制动器散热比较好[34]，所以在风力机上最常主要研究的对象为风力机上制动系统中的钳盘式制动器。图。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK83

【参考文献】