一种风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法与流程

技术特征：
1.一种风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，该方法包括：1)对偏航制动盘及其载荷传递路径中的相关部件进行三维几何建模与模型装配，得到三维几何模型；2)利用有限元前处理软件对所述三维几何模型进行网格划分，对载荷传递路径中的相关部件以及偏航制动盘进行属性定义，得到网格模型；3)将所述网格模型导入有限元分析软件，并依据相邻部件之间的实际接触关系定义相关接触对，在偏航制动盘与偏航制动卡钳之间建立弹簧单元来模拟两者之间接触关系，完成有限元建模；4)对有限元模型进行边界约束与极限工况加载；5)对各极限工况下有限元模型进行非线性求解，求解完成后进入有限元分析软件后处理模块，查看各极限工况下偏航制动盘的应力大小及危险位置，将所述危险位置的部件许用应力值与各极限工况下偏航制动盘的应力大小比较，校核偏航制动盘极限强度，得到极限强度安全系数。2.根据权利要求1所述的风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，所述载荷传递路径相关部件包括：主机架、偏航驱动电机、偏航轴承内圈、偏航轴承外圈、偏航轴承滚球、偏航制动卡钳、偏航制动盘、塔筒顶法兰及塔筒假体部分。3.根据权利要求2所述的风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，所述步骤2)网格划分，包括：所述主机架、偏航驱动电机和偏航制动盘均采用十节点四面体高阶单元进行网格划分；所述偏航制动卡钳、偏航轴承内圈、偏航轴承外圈和塔顶法兰均采用二十节点六面体高阶单元进行网格划分；所述偏航轴承与偏航驱动电机之间的偏航齿轮啮合采用梁单元与杆单元进行建模；所述塔筒假体部分采用壳单元进行网格划分；所述偏航轴承滚球采用轴向拉压弹簧单元建模；所述的杆单元其中通过单元实常数定义设置为仅受压不受拉的特性。进一步地，所述梁单元和杆单元划分份数均为8～16。4.根据权利要求3所述风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，所述偏航轴承内圈和所述偏航轴承外圈之间的偏航轴承滚球按照实际个数采用弹簧单元combin39进行建模，每个所述偏航轴承滚球采用六个所述combin39单元辐条轮模拟，六个所述combin39单元相对于滚道水平面分别成
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30
°
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50
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70
°
分布，并采用预定义的力
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变形曲线来定义所述偏航轴承滚球承受压力载荷时的刚度变化。5.根据权利要求3所述风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，所述偏航制动盘分别与8个偏航制动卡钳的上、下两个面发生接触，两者之间的接触面摩擦采用轴向拉压弹簧单元进行建模；每个接触面均采用x、y、z 3个方向拉压弹簧来分别模拟偏航制动盘与偏航制动卡钳的x、y方向横向摩擦力与z方向的垂向压力；所述偏航制动盘与偏航制动卡钳之间的作用力共采用24个弹簧单元模拟。6.根据权利要求5所述风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，每个接触面上的采用在同一位置建立两个节点，两个节点分别位于接触面和目标面上，并在重合
的两个节点间建立3个方向的弹簧单元，而弹簧的两端分别通过刚性梁与偏航制动盘及偏航制动卡钳连接；z方向的弹簧单元模拟偏航制动卡钳与偏航制动盘之间的垂向压力，具有仅受压不受拉特性，采用预定义的力
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变形曲线来定义弹簧单元承受压力载荷时的刚度变化，可根据单个偏航制动卡钳的夹紧力与摩擦片压缩量得到z方向的力
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变形曲线；x、y方向的弹簧单元模拟偏航制动卡钳与偏航制动盘之间的横向摩擦力，具有可受压可受拉特性，根据单个偏航制动卡钳的夹紧力及其与偏航制动盘之间的摩擦系数得到横向摩擦力，再采用横向摩擦力与滑移量得到x、y方向的力
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变形曲线。7.根据权利要求2所述风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，所述步骤3)在进行有限元建模时，所述主机架与偏航制动卡钳及偏航驱动电机之间、偏航轴承与偏航制动盘之间、偏航制动盘与塔顶法兰之间、塔顶法兰与塔筒假体之间的接触关系均设置为绑定接触。8.根据权利要求2所述风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，所述步骤4)在进行边界约束与加载计算时，包括：对所述塔筒假体底部进行所有自由度约束；在所述塔顶法兰中心位置建立两个重合的主节点，并将两个主节点分别与主机架前、后端的塔筒顶法兰及偏航制动卡钳后端面通过刚性梁连接起来，将塔顶中心三个力分量fx、fy、fz与3个力矩分量mx,my,mz加载到这两个主节点上。9.根据权利要求8所述风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，将塔顶中心载荷3个力分量fx、fy、fz与2个力矩mx、my加载到与主机架相连的主节点上，将小于偏航制动卡钳所能提供的最大制动力矩的载荷分量mz加载到与偏航制动卡钳相连的主节点上，将超出部分也加载到与主机架相连的主节点上，从而使得塔顶中心载荷通过刚性梁传递至主机架和偏航制动卡钳，最终传递至偏航制动盘，以此来模拟偏航制动盘的受力情况。10.根据权利要求2所述风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，其特征在于，所述步骤5)在强度结果评估时，查看各极限工况下偏航制动盘应力大小及危险位置，排除偏航制动盘与偏航轴承外圈及塔顶法兰之间的绑定区域，因绑定接触导致该区域结果不准确，将应力最大值与部件许用应力作比较，评估偏航制动盘的最小极限安全系数时需考虑材料安全系数1.1。

技术总结
本发明涉及一种风机偏航制动盘建模与极限强度校核方法，建立包含风机偏航制动载荷传递路径的几何模型，进行网格划分，进行接触对定义，施加边界条件与各极限工况载荷，通过在塔顶法兰中心位置建立两个主节点，将一个主节点与主机架前端法兰通过刚性梁连接，加载3个力及2个力矩载荷；另一主节点与偏航制动卡钳通过刚性梁连接，加载不超过偏航制动卡钳最大制动力矩的Mz载荷，超过部分加载到与主机架相连的主节点，将载荷传递至主机架与偏航制动卡钳，最后传递至偏航制动盘。本发明既考虑了偏航轴承的非线性传递力关系又考虑了偏航制动盘与偏航制动卡钳之间接触力的传递，符合偏航制动盘实际受力关系，能够实现风机偏航制动盘极限强度的准确校核。极限强度的准确校核。极限强度的准确校核。


技术研发人员：杨扬 何海建 李永奎 孟令锐 董姝言 苏凤宇 沈越 李成晨
受保护的技术使用者：许昌许继风电科技有限公司
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/11/9