[发明专利]一种基于疲劳载荷的风力发电机塔筒优化方法

权利要求书

1.一种基于疲劳载荷的风机塔筒优化方法，其特征在于，以焊缝疲劳强度作为依据，通过对塔筒各段钢板焊缝的疲劳强度，根据GL规范标准和Eurocode 3标准，按照常规的疲劳强度计算方法对塔筒各段钢板焊缝的疲劳强度进行循环计算得到相应载荷下的优化模型；具体是通过修改板厚来适当调小以及合理分配焊缝疲劳安全裕度，调整板厚使得塔筒中部焊缝疲劳安全裕度控制在10%~20%之间，以及顶部和底部焊缝疲劳安全裕度控制在30%~50%之间，实现塔筒的优化。

2.如权利要求1所述的基于疲劳载荷的风机塔筒优化方法，其特征在于，所述的优化过程具体包括以下几个步骤：

（1）在塔筒分析中首先依据常规的经验并参考相似机型提出塔筒的原始模型，该原始模型是一个塔筒草图和一些主要参数，包括塔筒的高度及各焊段的直径、高度和板厚信息；

（2）将塔筒原始模型信息输入计算机的风机载荷计算软件中，再利用风机所处风场数据，依据GL规范标准按照常规的方式进行载荷计算，并得到塔筒各焊缝高度的极限载荷和疲劳载荷数据；

（3）利用软件计算得到的疲劳载荷数据，对塔筒模型各焊缝的疲劳强度进行疲劳强度校核，疲劳强度校核是根据GL规范和Eurocode 3标准所确定的方式，并加入塔筒疲劳循环周期数进行计算； 

根据疲劳校核结果对各焊段钢板板厚进行修改，使得塔筒模型各焊缝疲劳安全裕度的大小和沿高度的分配更合理，即当安全裕度偏大时，减小相应钢板的厚度，安全裕度偏小时，增大相应钢板厚度；而焊缝疲劳安全裕度的大小和沿高度的分配是否合理主要是根据以下原则确定；其中，塔筒中部焊缝疲劳设计安全裕度在10%~20%之间，顶部和底部焊缝疲劳设计安全裕度在30%~50%之间，此时塔筒模型达到最优； 

（4）由于塔筒模型的变化会引起塔筒载荷数据的变化，因此，需要将修改后各焊段钢板板厚的塔筒模型重新输入到载荷计算软件进行计算以获得新模型各焊缝高度的极限和疲劳载荷数据；

（5）利用第（4）步计算得到的疲劳载荷对塔筒新模型各焊缝再次进行疲劳计算校核，根据校核结果对各焊段钢板板厚进行再次修改，使得修改后的塔筒模型各焊缝疲劳设计安全裕度的大小和沿高度的分配更合理；具体过程及评判标准与第（3）步一致；

（6）如果没有达到优化目标或者还可以进一步优化，则重复（4）～（5）步骤做循环计算，直到达到优化目标；这里的优化目标是指塔筒各焊缝疲劳安全裕度大小及沿高度分配符合第（3）步的经验值以及最近一次模型修改幅度不大，修改厚度钢板的数量小于总钢板数的5%，塔筒模型修改幅度不大时，对塔筒载荷影响较小；

（7）然后利用最后一次载荷计算得到的极限载荷，按照常规计算方法对修改后模型的极限强度和屈曲稳定性进行验证校核；

（8）塔筒优化结束，输出优化后的塔筒模型。

3.如权利要求2所述的基于疲劳载荷的风机塔筒优化方法，其特征在于，所述的疲劳强度校核是按照下述方法进行的：

1）先将各焊缝处各模型参数，包括直径、厚度，与各焊缝处的疲劳载荷数据一起作为输入，按照常规计算方法，计算出各焊缝处的疲劳应力Δσ；

2）根据各焊缝的特点，按照GL规范得到焊接结构的S-N曲线；

3）根据各焊缝的特点，按照Eurocode 3标准得到塔筒焊缝的疲劳等级DC；

4）根据GL规范得到焊接结构的S-N曲线，以及按照Eurocode 3标准得到塔筒焊缝的疲劳等级DC，并加入塔筒疲劳循环周期数进行计算得到各焊缝疲劳许应力【σ】；

5）将计算得到的疲劳许应力【σ】和疲劳应力Δσ输入下列公式计算安全裕度：

安全裕度＝（1－Δσ.S／【σ】）×100%

式中：S为安全系数，GL规范对疲劳验证安全系数有明确规定，因此S可根据GL规范选取；

 6）得到安全裕度校核完毕。