大兆瓦风电机组主轴法兰螺栓连接受到复杂交变载荷的作用,极易产生疲劳破坏。针对此问题,构建法兰螺栓连接有限元数值模型,以法兰界面涂层增摩工艺为背景,分析不同预紧力工况下法兰连接各部件危险部位应力变化规律。通过GH-Bladed结合雨流计数法给出螺栓实际载荷数据,根据Eurcode3规范修正材料S-N曲线,使用FE-SAFE得到了不同预紧力下螺栓连接疲劳寿命,明确了法兰界面涂层增摩、预紧力变化对螺栓连接疲劳寿命的影响,提出了基于法兰结构的螺栓疲劳寿命评估方法。结果表明增大法兰界面的摩擦因数,在850~1100 kN内降低螺栓预紧力有益于改善螺栓连接的疲劳寿命。

针对液压支架顶梁和掩护梁铰接孔销轴装配困难的问题,设计了一种全新的销轴装配装置。销轴装配装置采用模块化设计,能够提高销轴的装配效率,推进车间装配生产的自动化。使用ANSYS对装置进行静力学分析,得到应力和变形云图,通过分析云图得知,关键部件在极限工况能够正常工作;基于静力学结果对装置进行疲劳寿命评估,得到装置在10 kN负载下,最少工作次数为52254次,满足设计要求;并对装置进行模态分析,结果表明,销轴装配装置不会发生共振。通过现场试验验证,销轴装配装置运行良好,长期运行时销轴安装数量为6~8个/d,明显提高了工作效率。

为了快速准确地评估风电机组行星轮系疲劳寿命,根据行星轮系输入转矩与风速的分布关系,编制了不同风速下对应的二参数威布尔随机载荷谱,并用雨流计数法对载荷谱进行统计处理;在ANSYS中对行星轮轮系进行有限元分析,得到齿轮结构应力响应;依据Minner线性累积损伤理论,结合nCodeDesignLife对行星轮系进行疲劳寿命估算。着重分析了风电机组在启动风速、额定风速及年平均风速工况下的行星轮系疲劳寿命,获得各齿轮疲劳损伤状况,为风电机组行星轮系疲劳强度设计提供理论依据。

减速机的轻量化设计一直是机械传动领域非常重要的研究课题之一,箱体也是减速器非常重要的部件,以往,由于其设计主要采用经验设计方法,少有学者从其刚度、结构强度、疲劳可靠性以及齿轮的整体动力学问题方面进行了研究。以某游梁式抽油机减速机箱体设计为例,拟合材料的S-N曲线,仿真分析了箱体应力应变,联合求解齿轮、曲柄作用箱体的载荷谱,采用雨流法在n Code软件中对减速机箱体疲劳寿命进行评估。着力研究箱体的疲劳寿命分析方法问题,为后期减速机箱体的轻量化设计打下基础。