[发明专利]一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法

权利要求书

1.一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法，其特征在于：首先，在Solidworks软件中建立实际的吊装三维模型，然后在Workbench中进行模型简化和在Hypermesh中建立有限元计算模型，最后在ANSYS中进行装配、参数设置、加载计算和后处理，分析吊座和螺栓的应力并校核其安全性；其包括以下步骤：

1)在Solidworks软件中建立实际的吊装三维实体模型；

2)将三维实体装配模型导入到Workbench中进行模型简化，将不必要的特征和附属部件删除；

3)将简化后的实体模型导入到Hypermesh中进行网格划分，建立有限元计算模型；

4)将有限元计算模型导入到ANSYS中进行装配、参数设置、加载和求解；

5)将计算结果导入到ANSYS中进行后处理，分析吊座和螺栓的应力并校核其安全性，具体如下：

对计算结果进行后处理分析，对于吊座，通过查看应力云图的von Mises应力得到其最大应力，如果最大应力位于吊耳耳孔内侧、加强筋焊缝尖角处、接触面上或螺栓孔边缘周围，则能够先忽略，因为这些位置都是应力失真或是应力集中的位置，需要用工程算法或焊缝插值方法进行另外的校核，剔除这些单元后，吊座静强度安全系数公式为：

式中，[σ]为吊座的许用应力，σ为吊座的应力；

对于螺栓，吊装时螺栓会受拉力、剪力及弯矩，根据VDI 2230标准，采用拉剪相互作用原理对螺栓进行校核，在有限元结果中提取出螺栓的轴向应力和剪切应力，螺栓强度安全系数计算公式为：

式中，σ_Smax为螺栓所受的轴向应力，σ_Szul螺栓的许用轴向应力，σ_Qmax为螺栓所受的剪切应力，σ_Qzul为螺栓的许用剪切应力；

对于焊缝，在尖角过渡区域，会产生无限的理论应力，造成应力奇异；根据ⅡW标准，对此类区域的应力采用应力外推得到，距焊根0.5t与1.5t处为应力外推点，t为焊接两板中较薄板的厚度，通过下面公式得到焊缝处的应力：

σ₀＝1.5σ_0.5-0.5σ_1.5

式中，σ_0.5为距焊根0.5t位置处的应力，σ_1.5为距焊根1.5t位置处的应力；

对于吊座耳孔，由于在计算时通过MPC接触约束了吊耳孔内表面，与实际吊装时的约束有偏差，导致耳孔附近应力失真，故需采用工程算法对吊耳进行挤压强度和剪切强度校核；

吊座耳孔挤压应力根据公式：

挤压强度安全系数：

式中，F为吊耳受到的拉力，D为耳孔直径，t为耳孔的长度，[σ]′为许用挤压强度；

吊座耳孔剪切应力根据公式：

剪切强度安全系数：

式中，F为吊耳受到的拉力，D为耳孔直径，t为耳孔的长度，R为耳孔外圆半径，[τ]为许用剪切强度。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法，其特征在于：在步骤1)中，只需建立吊座、螺栓及被连接件的实体装配模型，其它附属部件可以忽略，但加载时需要考虑它们的质量。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法，其特征在于：在步骤2)中，进行模型简化时，将倒角、螺栓孔特征删除，将细小的面进行合并，利于获取更好的网格质量。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法，其特征在于：在步骤3)中，进行网格划分时，吊座采用高阶六面体单元划分，被连接件采用低阶四面体单元划分，连接螺栓则采用beam188单元模拟，同时用link8单元以及beam4单元模拟螺纹的啮合关系。

5.根据权利要求1所述的一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法，其特征在于：在步骤4)中，将有限元模型装配好后，设置各部件的材料属性，建立接触关系和约束条件，施加载荷并求解计算。