【摘要】：制動(dòng)器是風(fēng)力機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的核心部件,直接關(guān)系到風(fēng)力機(jī)的能否安全運(yùn)行。風(fēng)力機(jī)制動(dòng)過程涉及到多個(gè)物理場,對制動(dòng)器熱-結(jié)構(gòu)耦合分析可以揭示制動(dòng)過程中的摩擦機(jī)理。同時(shí),制動(dòng)盤在制動(dòng)過程中受到循環(huán)交變熱應(yīng)力,發(fā)生疲勞破壞,在制動(dòng)盤熱-結(jié)構(gòu)耦合的基礎(chǔ)上,開展風(fēng)力機(jī)盤式制動(dòng)器盤疲勞裂紋壽命研究具有重要的意義。本文以1.5MW風(fēng)力機(jī)盤式制動(dòng)器為研究的對象,基于大型有限元軟件ansys建立了風(fēng)力機(jī)主軸制動(dòng)器三維有限元模型,采用熱-結(jié)構(gòu)順序耦合的方法模擬研究了風(fēng)力機(jī)在緊急制動(dòng)下制動(dòng)器溫度場和應(yīng)力場的分布。同時(shí),研究了風(fēng)力機(jī)制動(dòng)盤裂紋擴(kuò)展,并以此為基礎(chǔ)分析了風(fēng)力機(jī)制動(dòng)盤的剩余壽命。論文的主要研究工作如下:(1)概括了國內(nèi)外有關(guān)風(fēng)力機(jī)制動(dòng)器熱-結(jié)構(gòu)耦合和風(fēng)力機(jī)制動(dòng)器裂紋擴(kuò)展的研究現(xiàn)狀,介紹了風(fēng)力機(jī)制動(dòng)過程中涉及到的熱-結(jié)構(gòu)耦合和剩余壽命分析的相關(guān)理論,包括熱-結(jié)構(gòu)耦合方法、摩擦生熱理論和半橢圓裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算等。(2)利用有限元軟件ansys建立了風(fēng)力機(jī)制動(dòng)器的有限元模型,確定了風(fēng)力機(jī)盤式制動(dòng)器的邊界條件、結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù),同時(shí)計(jì)算了風(fēng)力機(jī)盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。在此基礎(chǔ)上,模擬了風(fēng)力機(jī)盤式制動(dòng)器在緊急制動(dòng)下溫度場和應(yīng)力場的分布。結(jié)果表明:制動(dòng)盤的溫度分布是不均勻的,制動(dòng)盤和摩擦片的接觸摩擦表面的溫度是最高的,制動(dòng)盤上應(yīng)力的分布也不均勻。(3)基于風(fēng)力機(jī)在緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)盤溫度場和應(yīng)力場的分布,分析制動(dòng)盤的失效機(jī)理,確定裂紋常發(fā)生的區(qū)域。模擬了風(fēng)力機(jī)制動(dòng)盤在高溫和低溫不同的環(huán)境下的應(yīng)力強(qiáng)度因子,建立了風(fēng)力機(jī)制動(dòng)盤裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子和裂紋長度之間的關(guān)系。將風(fēng)力機(jī)盤式制動(dòng)器的初始裂紋長度0a認(rèn)為是隨機(jī)分布,分析了不同的初始裂紋0a下風(fēng)力機(jī)制動(dòng)盤裂紋擴(kuò)展壽命。研究表明:若是風(fēng)力機(jī)制動(dòng)盤盤面存在初始裂紋,在制動(dòng)過程中,制動(dòng)盤受到循環(huán)的熱應(yīng)力作用,盤面的初始裂紋不斷擴(kuò)展,制動(dòng)盤的壽命隨著裂紋的擴(kuò)展不斷降低,所以嚴(yán)格控制風(fēng)力機(jī)制動(dòng)盤的初始裂紋0a對其壽命有著非常重要的作用。
【圖文】：

圖 1.1 全球風(fēng)電年累計(jì)和新增裝機(jī)容量（MW）Fig.1.1 Newly total and increased installed capacity of wind power in the word中國對全球的新增風(fēng)電裝機(jī)容量貢獻(xiàn)了 34.7%，超過了美國、德國和印度對全裝機(jī)容量之和（33.1%）。中國、美國、德國、印度四國占據(jù)了 2016 年的風(fēng)電市場大部分市場份額。圖 1.2 是 2016 年全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量前十。020000400006000080000100000120000140000160000180000MW

是非常困難的。制動(dòng)過程中溫度和應(yīng)力都是變量，不是固定的，而是非線性變化的。在制動(dòng)過程中，溫度和應(yīng)力之間相布的不均，造成了制動(dòng)器的熱變形，同時(shí)制動(dòng)器的熱變形又-結(jié)構(gòu)耦合相關(guān)理論介紹型類型分為空氣動(dòng)力制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)，，機(jī)械制動(dòng)又包括葉輪鎖的制動(dòng)器可以分為盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器，因?yàn)楸P式制動(dòng)器械制動(dòng)中最常用到。盤式制動(dòng)器可以細(xì)分為全盤式制動(dòng)器、器。因?yàn)殂Q盤式制動(dòng)器散熱比較好[34]，所以在風(fēng)力機(jī)上最常主要研究的對象為風(fēng)力機(jī)上制動(dòng)系統(tǒng)中的鉗盤式制動(dòng)器。圖。
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2689471