针对某风机增速齿轮疲劳裂纹断裂问题,基于M积分法探究含初始三维裂纹的增速齿轮在裂纹扩展时的变化规律。根据断裂力学原理结合有限元原理分析计算,得出应力强度因子及疲劳扩展循环次数的变化规律。确定增速齿轮齿根受力最大位置后创建三维裂纹模型;通过改变齿根边缘三维裂纹纵向位置来探究三维裂纹在扩展过程中的应力强度因子及疲劳寿命变化。结果表明:随着裂纹扩展步数的增大,3组裂纹的应力强度因子KⅠ均增大,且齿根裂纹1应力强度因子一直保持最大;在直齿轮边缘的裂纹,越靠近齿根其疲劳寿命越小。

针对风力机工作环境的恶劣性以及风力机叶片裂纹扩展的复杂性，本文利用计算流体力学（CFD）和断裂力学仿真分析，以风力载荷作为裂纹扩展的主要载荷，利用流固耦合界面的数据传递对风力机叶片裂纹扩展机理进行仿真分析。在叶根表面嵌制一不同初始尺寸的半椭圆型三维裂纹，并在不同风速的条件下计算三维裂纹应力强度因子，分析不同初始尺寸裂纹在不同风速下的动态裂纹扩展机理。结果表明，裂纹的初始尺寸与风力载荷的大小均对叶片的裂纹扩展速率与方向产生影响，且在高风速下裂纹发生失稳扩展的几率增大。