[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

说明书

本发明公开了一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法，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。本发明方法采用有限元计算，不仅考虑了吊具的刚度对受力分布的影响以及吊具局部结构的受力状态，而且对受力最危险的焊缝也进行强度分析；此外，还充分考虑了由于偏载导致的结合面部分开孔及滑移对螺栓受力的影响；因此，本发明方法能更准确直观地反映吊座和螺栓在吊装过程中的实际受力状态，从而提高吊装作业的可靠性和安全性。

技术领域

本发明涉及风电重型设备的技术领域，尤其是指一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法。

背景技术

近年来，随着风电技术的日臻成熟，我国的风电行业进入了高速发展期，已成为引领未来新能源的一大领域。风力发电机组是一个非常大型的设备，整机重量通常以百吨计，因此，其各大部件在吊装过程中的安全性显得尤为重要。

风力发电机组的吊装作业主要包括塔筒的吊装、主机的吊装以及叶轮系统的吊装等，对不同的吊装作业都会设计专用的吊具，通过高强度螺栓与吊装目标相连接，再通过相应的起重设备进行吊装作业。为了保证吊装过程中的可靠性和安全性，需要校核吊座、连接螺栓等的强度(卸扣、吊钩、钢丝绳及起重设备则可通过吊重直接选型，不需要再进行强度计算)。

目前行业内对吊装吊具的强度计算均采用工程算法，对于吊座的强度计算，工程算法仅通过计算吊耳耳孔附近的挤压强度和剪切强度来判断吊座的安全性，不考虑吊具的刚度对受力分布的影响以及吊具局部结构的受力状态。对于螺栓的强度计算，工程算法则认为每颗螺栓是均匀受力的，且只受拉力和剪力，不考虑弯矩，同时，工程算法并不能充分考虑由于偏载导致的结合面部分开孔、滑移对螺栓受力的影响。显然，吊座和螺栓的强度计算完全采用工程算法，计算结果偏于乐观，是不合理的，由于吊座是由许多钢板通过焊接工艺拼接的，各块钢板间的焊缝是吊座受力最危险部位，因此，对焊缝进行强度分析是非常必要的。另外，螺栓在吊装过程中并不是垂直的，且施加的预紧力会不足，导致螺栓在吊装过程中会受很大的弯矩，且每颗螺栓也不是均匀受力的，因此，不能通过简单的平均方法进行螺栓的强度计算，还需要考虑弯矩的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法，该方法采用有限元计算，不仅考虑了吊具的刚度对受力分布的影响以及吊具局部结构的受力状态，而且对受力最危险的焊缝也进行强度分析；此外，还充分考虑了由于偏载导致的结合面部分开孔及滑移对螺栓受力的影响；因此，该方法能更准确直观地反映吊座和螺栓在吊装过程中的实际受力状态，从而提高吊装作业的可靠性和安全性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法，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。

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。