一种用于风电机组主机架的有限元计算建模方法与流程

1.本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种用于风电机组主机架的有限元计算建模方法。


背景技术：

2.主机架是风力发电机组中的重要零部件之一，其应力水平直接影响着整机的安全性，而主机架应力的计算是基于有限元进行。主机架有限元模型包括主机架、主轴、扭力臂、轴承座、偏航电机、偏航轴承、制动盘、制动卡钳、塔筒、弹性支承、齿轮箱扭力臂等。主机架有限元模型建立的正确性以及合理性直接关系着主机架计算结果的正确性和合理性，正确的有限元建模方法才能体现出载荷传递的正确路径。现有技术中往往未考虑螺栓连接对主机架应力分布的影响使得机损结果与实际产生差异。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种用于风电机组主机架的有限元计算建模方法，克服现有主机架有限元建模过程中模型不够详细、不够精确导致主机架计算结果不够精确的问题。
4.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供一种用于风电机组主机架的有限元计算建模方法，其特征在于：包括如下步骤，
5.获取用于主机架计算的三维模型并导入有限元软件进行前处理建立有限元模型；
6.建立轴承座和主机架以及弹性支撑和主机架之间的螺栓连接，并对螺栓施加预紧力；
7.在轮毂中心与主轴端面建立刚性连接，并在轮毂中心加载载荷；
8.将主轴承内外圈以及偏航轴承的内外圈建立实体建模；
9.采用combin39模拟偏航齿轮和偏航电机齿轮的啮合建模；
10.采用bushing单元模拟弹性支承和齿轮箱扭力臂的连接，并将弹性支承的参数赋予bushing单元；
11.使用combin14模拟碟簧的刚度和预压力进行制动器的建模；
12.通过载荷约束塔筒底部三个平动方向的自由度。
13.进一步，所述三维模型包括主机架、主轴、扭力臂、轴承座、偏航电机、偏航轴承、制动盘、制动卡钳、塔筒、弹性支承、齿轮箱扭力臂以及连接螺栓。
14.进一步，所述建立轴承座和主机架以及弹性支撑和主机架之间的螺栓连接并对螺栓施加预紧力，还包括将轴承座和主机架以及弹性支撑和主机架之间的接触面设置为标准接触，并设定基准摩擦系数。
15.进一步，将主轴承内外圈建立实体建模，还包括采用combin39模拟滚子建模；将偏航轴承的内外圈建立实体建模，还包括在滚到采用实际的滚到建模，在25
°
至75
°
之间建立不同长度的combin39单元模拟滚子的刚度以及不同接触角。
16.进一步，所述将偏航轴承的内外圈建立实体建模，还包括偏航轴承滚子的非线性以及接触角的变化，所述接触角的初始角度为45度。
17.进一步，所述使用combin14模拟碟簧的刚度和预压力进行制动器的建模，还包括设置带有预长度的axial连接器来模拟带预压力的碟簧。
18.进一步，所述通过载荷约束塔筒底部三个平动方向的自由度，还包括，设置螺栓预紧力和重力加速度；设置主机架受到的极限载荷。
19.由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明提供一种用于风电机组主机架的有限元计算建模方法，包括：获取用于主机架计算的三维模型并导入有限元软件进行前处理建立有限元模型；建立轴承座和主机架以及弹性支撑和主机架之间的螺栓连接，并对螺栓施加预紧力；在轮毂中心与主轴端面建立刚性连接，并在轮毂中心加载载荷；将主轴承内外圈以及偏航轴承的内外圈建立实体建模；采用combin39模拟偏航齿轮和偏航电机齿轮的啮合建模；采用bushing单元模拟弹性支承和齿轮箱扭力臂的连接，并将弹性支承的参数赋予bushing单元；使用combin14模拟碟簧的刚度和预压力进行制动器的建模；通过载荷约束塔筒底部三个平动方向的自由度；提交计算。克服现有主机架有限元建模过程中模型不够详细、不够精确导致主机架计算结果不够精确。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
21.图1为本发明的有限元模型图；
22.图2和3为本发明建立的主轴承内外圈实体建模的模型图和刚度曲线图；
23.图4和5为本发明建立的偏航轴承内外圈实体建模的模型图和刚度曲线图；
24.图6和7为本发明建立的偏航齿轮和偏航电机齿轮建模的模型图和刚度曲线图；
25.图8为本发明的流程图；
26.附图标记：1-扭力臂；2-主轴；3-主机架；4-偏航电机齿轮；5-偏航轴承；6-制动盘；7-制动器；8-塔筒；9-主轴承；10-轴承座；11-弹性支撑座；12-轮毂中心加载点。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
28.请参阅图1～8，本发明提供一种用于风电机组主机架的有限元计算建模方法，包括如下步骤，
29.s1、如图1所示，获取用于主机架计算的三维模型并导入有限元软件进行前处理建立有限元模型；所述三维模型包括主机架、主轴、扭力臂、轴承座、偏航电机、偏航轴承、制动盘、制动卡钳、塔筒、弹性支承、齿轮箱扭力臂以及连接螺栓。
30.s2、建立轴承座和主机架以及弹性支撑和主机架之间的螺栓连接，并根据螺栓的规格对螺栓施加预紧力；根据计算结果表明轴承座和主机架以及弹性支撑和主机架之间的
连接螺栓对主机架的应力分布较为明显；并将轴承座和主机架以及弹性支撑和主机架之间的接触面设置为标准接触，并设定基准摩擦系数，摩擦系数根据设计参数设定。通过建立螺栓连接，能更好的反映出主机架在螺栓预紧力作用下的应力分布，计算结果表明螺栓预紧力对螺栓连接附近对主机架的应力分布有较大影响。
31.s3、在轮毂中心与主轴端面建立刚性连接，并在轮毂中心加载载荷。
32.s4、将主轴承内外圈以及偏航轴承的内外圈建立实体建模；将主轴承内外圈建立实体建模，还包括采用combin39模拟滚子建模，建立的模型和刚度曲线如图2和3所示；
33.将偏航轴承的内外圈建立实体建模，还包括在滚到采用实际的滚到建模，偏航轴承滚子的非线性以及接触角的变化，所述接触角的初始角度为45度；
34.在25
°
至75
°
之间建立不同长度的combin39单元模拟滚子的刚度以及不同接触角，建立的模型和刚度曲线如图4和5所示；偏航轴承建模时候考虑了滚子的接触角的变化以及滚子刚度的非线性，能够更好的反应处偏航轴承在受力时，接触角的变化对主机架应力分布的影响，计算结果表明不同的偏航轴承建模方对主机架应力分布有较大影响。
35.s5、采用combin39模拟偏航齿轮和偏航电机齿轮的啮合建模；建立的模型和刚度曲线如图6和7所示，同时，还可以采用只受压不受拉的truss单元进行模拟。保证载荷从主机架到偏航传递更加准确。
36.s6、采用bushing单元模拟弹性支承和齿轮箱扭力臂的连接，并将弹性支承的参数赋予bushing单元；弹性支撑-齿轮箱扭力臂的连接采用bushing单元，bushing单元可设置三个方向的刚度和转动刚度，能够更好的模拟弹性支撑在受载后的运动状态，使得主机架的应力分布更准确；采用一个bushing单元来模拟三个方向的刚度使得建模更加简洁方便。
37.s7、使用combin14模拟碟簧的刚度和预压力进行制动器的建模；或者采用设置带有预长度的axial连接器来模拟带预压力的碟簧。
38.s8、通过载荷约束塔筒底部三个平动方向的自由度。最后提交计算。
39.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。