[发明专利]塔架门洞疲劳安全系数计算方法和计算装置

说明书

一种塔架门洞疲劳安全系数计算方法和计算装置。所述塔架门洞疲劳安全系数计算方法包括：使用有限元分析软件建立塔架门洞的有限元模型；向有限元模型中的塔筒顶部分别施加多种单位载荷，并分别对与所述多种单位载荷对应的单位载荷工况进行计算，以得到不同单位工况下的应力应变信息；接收多个时序载荷，并对所述多个时序载荷载进行转换，以得到转换的所述多种时序载荷；基于转换的所述多种时序载荷、塔架门洞的焊缝的焊趾位置、塔壁的厚度以及所述应力应变信息，计算焊趾的多个应力分量；基于所述多个应力分量计算焊趾的应力谱，并且基于所述焊趾的应力谱计算塔架门洞疲劳安全系数。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，更具体地讲，涉及一种塔架门洞疲劳安全系数计算方法和计算装置。

背景技术

塔架作为风电机组的重要组成部分，一方面要承受风机在运行过程中的各种复杂动态载荷，另一方面其本身的复杂焊接结构，尤其是门洞区域的结构也使得其更容易发生疲劳破坏，因此塔架的安全性是风机安全性的重要内容之一。

对于现有塔架门洞的计算，多考虑门洞在单一My载荷分量及单一朝向下的疲劳安全系数。但是，风机运行环境往往复杂多变，此时，仅考虑门洞在单一My载荷分量及单一朝向下的疲劳安全系数，会导致得到的门洞的疲劳结果有可能偏不保守并且不准确。例如，海上风机的运行环境就非常复杂，由于冰、浪等条件的影响，Mx，Mz等载荷的影响逐渐增加，这个时候再单独考虑My的作用，得到的门洞的疲劳结果有可能偏不保守并且不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塔架门洞疲劳安全系数计算方法和计算装置，能够得到塔架门洞不同朝向下的载荷并且提供更准确的塔架门洞疲劳安全系数计算结果。

根据本发明的一方面，提供一种塔架门洞疲劳安全系数计算方法，包括：使用有限元分析软件建立塔架门洞的有限元模型；向有限元模型中的塔筒顶部分别施加多种单位载荷，并分别对与所述多种单位载荷对应的单位载荷工况进行计算，以得到不同单位工况下的应力应变信息；接收多个时序载荷，并对所述多个时序载荷载进行转换，以得到转换的所述多种时序载荷；基于转换的所述多种时序载荷、塔架门洞的焊缝的焊趾位置、塔壁的厚度以及所述应力应变信息，计算焊趾的多个应力分量；基于所述多个应力分量计算焊趾的应力谱，并且基于所述焊趾的应力谱计算塔架门洞疲劳安全系数。

可选地，在塔架门洞的有限元模型中，塔底为全位移约束，塔顶通过采用MPC184单元建立载荷伞。

可选地，向有限元模型中的塔底施加多种单位载荷的步骤包括：按照塔底坐标系向塔筒顶部分别施加多种单位载荷的步骤。

可选地，对所述多种单位载荷进行转换的步骤包括：将所述多种时序载荷相对塔筒底部坐标系z轴旋转第一角度，并基于三角函数关系对所述多种时序载荷进行转换。

可选地，所述多种单位载荷包括来自不同方向的力和力矩。

可选地，来自不同方向的力和力矩包括±Fx、±Fy、±Fz、±Mx、±My、±Mz，其中，F表示力，M表示力矩，x、y和z分别表示塔底坐标系的x轴、y轴和z轴。

可选地，外推参考点分别在距离焊趾0.4t和1t处，t为用于插值的塔壁的厚度。

可选地，计算焊趾的多个应力分量的步骤包括：基于门洞的焊缝的焊趾位置、塔壁的厚度和所述应力应变信息，进行应力插值，提取焊趾位置的外推参考点的局部坐标系下的垂直于焊缝的正应力、平行于焊缝的正应力和平行于焊缝的切应力，其中，局部节点坐标系是建立在门洞焊趾位置，局部节点坐标系的X轴平行于焊缝，局部节点坐标系的Y轴垂直于焊缝；基于外推参考点的垂直于焊缝的正应力、外推参考点的平行于焊缝的正应力和外推参考点的平行于焊缝的切应力以及转换的所述多种时序载荷，计算焊趾的多个应力分量。

可选地，基于所述多个应力分量计算焊趾的应力谱的步骤包括：基于所述多个应力分量采用临界平面法计算焊趾的应力谱。