【摘要】：疲勞破壞是造成風(fēng)力機葉片失效的主要原因。由于風(fēng)機葉片結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工作環(huán)境惡劣,載荷情況復(fù)雜多變且不可預(yù)知,為避免葉片在設(shè)計使用壽命內(nèi)發(fā)生疲勞破壞,風(fēng)機葉片必須具有足夠的疲勞強度。考慮到風(fēng)機的生產(chǎn)成本,葉片厚度不會很大。要在滿足使用壽命要求的前提下盡可能降低成本,就必須對風(fēng)機葉片進行合理的疲勞壽命分析,并將分析結(jié)果作為風(fēng)機葉片設(shè)計、制造、優(yōu)化和可靠性評估的重要依據(jù)。本文首先分析了葉片運行時所承受的載荷情況,指出對疲勞壽命影響較大三種載荷分別為氣動載荷、重力載荷及慣性載荷,然后介紹了傳統(tǒng)疲勞壽命預(yù)測方法的理論基礎(chǔ),并指出其在疲勞壽命預(yù)測中的局限性,最后分析了葉片疲勞壽命的模糊性,并給出常用的模糊隸屬函數(shù),為后文風(fēng)機葉片模糊損傷的估算打下理論基礎(chǔ)。利用有限元分析軟件ANSYS建立了風(fēng)機葉片模型。采用SHEEL99單元建立葉片殼體,通過定義并選取單元實常數(shù)的方式對葉片主梁、腹板、前后緣及葉根等各部分進行鋪層設(shè)置,定義葉片復(fù)合材料屬性,包括密度、泊松比、彈性模量及剪切模量等,最后對風(fēng)機葉片進行網(wǎng)格劃分,從而得到風(fēng)機葉片有限元模型。文中通過命令流給出了詳細的葉片建模過程,作為參考。葉片最危險的部位是葉根部分。利用風(fēng)機性能分析軟件GH Bladed計算不同風(fēng)速的湍流風(fēng)作用下,距離葉根1.5m的葉素截面承受的載荷。將得到的載荷數(shù)據(jù)加載到葉根模型,利用ANSYS完成動力學(xué)分析,并提取葉根模型中危險部位的等效應(yīng)力-時間歷程曲線。采用雨流計數(shù)法對該應(yīng)力數(shù)據(jù)進行循環(huán)統(tǒng)計,得到各平均風(fēng)速的湍流風(fēng)作用下葉根處的應(yīng)力譜。最后利用Weibull分布計算全年各風(fēng)速的分布時長,結(jié)合各風(fēng)速下的應(yīng)力譜得到各級應(yīng)力在全年所有應(yīng)力循環(huán)次數(shù)中的比例,根據(jù)玻璃鋼S-N曲線求解各級應(yīng)力作用下葉片材料發(fā)生破壞時的循環(huán)次數(shù),基于以上數(shù)據(jù),采用模糊壽命預(yù)測方法計算低幅載荷引起的疲勞損傷、強化后正常的疲勞損傷及載荷交互效應(yīng)引起的疲勞損傷,進而得到風(fēng)機葉片疲勞壽命,并將該估算結(jié)果與傳統(tǒng)的基于線性Miner準則計算的疲勞壽命作對比。
【圖文】：

圖 2.1 常用疲勞極限模型圖Fig2.1 Common fatigue limit model以看出，Gerber 拋物線模型相對較危險，而 Soderbe守。相比前兩種模型，Goodman 直線模型較為適中，學(xué)者將應(yīng)力比為零的疲勞極限應(yīng)用到疲勞極限圖上，高了計算精度。進行疲勞分析時，應(yīng)根據(jù)實際需要合相應(yīng)修正。疲勞損傷理論荷作用下，各級應(yīng)力之間相互獨立，互不干擾，疲勞的損傷達到材料允許的臨界值時，構(gòu)件發(fā)生疲勞破壞理論。Miner 理論是最典型的線性疲勞損傷理論，，目前。Miner 理論的基本假設(shè)[41]是：和循環(huán)比成正比。對于單個應(yīng)力循環(huán)，如果用 D 表示損 N。其中，n 為應(yīng)力實際循環(huán)次數(shù)，N 為構(gòu)件疲勞

（c）中間型圖 2.2 半梯形與梯形分布隸屬函數(shù)圖形t function based on trapezoidal distribution and semi-tre small-scale type;(b) the large-scale type; (c) the mediu如圖 2.3(a)所示，隸屬函數(shù)的表達式為： ( ) = ≤ (x )2 如圖 2.3(b)所示，隸屬函數(shù)的表達式為： ( ) = ≤ (x )2 如圖 2.3(c)所示，隸屬函數(shù)的表達式為： ( ) = (x )2
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK83

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本文編號：2638370