【摘要】：風電齒輪箱行星架是風力發(fā)電機的重要組成部分。通常情況下,風機由于地處偏遠陸地或者海上,其工作環(huán)境相對惡劣,經常面臨沖擊風載以及低溫環(huán)境的考驗。行星架多采用鑄鋼材料,材料在低溫環(huán)境下的力學性能以及抗疲勞性能,是風機使用安全與使用壽命的重要影響指標。伴隨著人們對于新能源需求度的提高,風場得到了大規(guī)模發(fā)展與建設。面對這些問題,研究風電齒輪箱行星架的低溫性能以及抗疲勞性能具有重要的理論意義和實用價值。本文以風電齒輪箱及行星架的結構為基礎,依據(jù)行星架的結構特點進行三維建模和受力分析,在此基礎上利用有限元仿真分析得出行星架易產生疲勞破壞的部位。在研究低溫力學性能之前,通過常溫下的拉伸試驗得到風電齒輪箱行星架所使用鑄鋼材料的基本力學性能參數(shù)。然后,考慮低溫環(huán)境下沖擊風載,采用“夏比(Charpy)沖擊試驗”,分別進行多組常、低溫的V型缺口和U型缺口試樣的沖擊試驗,得到沖擊功隨溫度的變化規(guī)律。通過掃描電鏡(SEM)觀察沖擊斷口形貌,分析了斷口特征與斷裂機理的關系。接下來,針對風電齒輪箱行星架鑄鋼件進行了抗疲勞性能的研究。采用高頻疲勞試驗機模擬實際受力情況進行疲勞試驗,通過數(shù)據(jù)處理得到應力水平—疲勞壽命(S-N)曲線和材料的疲勞極限值,并且通過SEM觀察到呈現(xiàn)疲勞條帶的典型疲勞斷口的形貌分析了斷裂機理。為了更進一步研究抗疲勞性能,采用MTS疲勞試驗機進行標準緊湊拉伸C(T)試樣的疲勞裂紋擴展試驗,測量得出材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展能力的表征參數(shù),即平面應變斷裂韌度。通過試驗得到的載荷P與裂紋嘴開口處張開位移V的關系,進行計算判斷對比分析了不同取樣方向試樣的斷裂韌性值,并依據(jù)通過SEM觀察斷口形貌特征得出了疲勞裂紋擴展的機理。
[Abstract]:The gearbox planetary rack of wind power is an important part of wind turbine. Usually, because of the remote land or sea, the fan often faces the test of impact wind load and low temperature environment because its working environment is relatively bad. The mechanical properties and fatigue resistance of the cast steel materials in the planetary frame are important indexes of the safety and service life of the fan. With the increasing demand for new energy, wind field has been developed and constructed on a large scale. In the face of these problems, it is of great theoretical significance and practical value to study the low temperature performance and fatigue resistance of the planetary frame of the gearbox of wind power. Based on the structure of wind power gearbox and planetary frame, the three-dimensional modeling and force analysis are carried out according to the structural characteristics of the planetary frame. Based on the analysis of finite element simulation, the site where the planetary frame is prone to fatigue failure is obtained. Before studying the mechanical properties at low temperature, the basic mechanical properties of cast steel used in the planetary frame of wind gearbox were obtained by tensile test at room temperature. Then, considering the impact wind load in the low temperature environment, the impact test was carried out by using "Charpy (Charpy) impact test", and the impact tests of V-notch and U-shaped notched samples at low temperature were carried out, respectively, and the change of impact energy with temperature was obtained. The morphology of impact fracture was observed by scanning electron microscope (SEM), and the relationship between fracture characteristics and fracture mechanism was analyzed. Next, the fatigue resistance of the steel castings on the planetary frame of the gearbox of wind power is studied. The high frequency fatigue testing machine is used to simulate the actual loading condition to carry on the fatigue test. Through the data processing, the stress level-fatigue life (S-N) curve and the fatigue limit value of the material are obtained. The fracture mechanism of typical fatigue fracture surface was analyzed by SEM. In order to further study the fatigue resistance, the fatigue crack growth test of the standard compact tensile C (T) specimen was carried out by using MTS fatigue tester, and the characterization parameters of the resistance to crack instability propagation, namely plane strain fracture toughness, were obtained. On the basis of the relation between the load P and the opening displacement V of the crack nozzle, the fracture toughness of samples with different sampling directions is analyzed. The mechanism of fatigue crack growth was obtained by observing the fracture morphology by SEM.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.1;TM315

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本文編號：2290115