[发明专利]钢管塔杆件微风振动疲劳寿命的计算方法

权利要求书

1.钢管塔杆件微风振动疲劳寿命的计算方法，其特征在于：包括

步骤(1)：确定钢管塔的微风振动杆件；

通过公式(1)计算不同杆件的临界起振风速，确定发生微风振动的杆件的范围，

公式(1)中：λ表示钢管杆件的长细比，所述长细比大于等于100且小于等于160；λ_j表示自振频率参数；

λ_j考虑为一阶振动，在一阶振动中，当杆件的两端固接时取4.73，相应的起振临界风速按照公式(1a)进行计算

V_cr＝2.58×10⁵λ^-2 公式(1a)；

当杆件的两端铰接时取3.142，相应的起振临界风速按照公式(1b)进行计算

V_cr＝1.14×10⁵λ^-2 公式(1b)；

当杆件悬臂时取1.875，相应地，起振临界风速按照公式(1c)进行计算

V_cr＝4.05×10⁴λ^-2 公式(1c)；

当杆件的一端固接一端铰接时取3.927，相应的起振临界风速按照公式(1d)进行计算

V_cr＝1.78×10⁵λ^-2 公式(1d)；

步骤(2)：计算微风振动杆件的共振力；

当微风振动杆件的振动阶次为一阶且其连接方式为两端固接时，则共振力根据公式(2a)计算得到

P_d1＝5×10¹¹d²λ^-3C_Ls 公式(2a)；

当微风振动杆件的振动阶次为一阶且其连接方式为两端铰接时，则共振力根据公式(2b)计算得到

P_d1＝1.16×10¹¹d²λ^-3C_Ls 公式(2b)；

当微风振动杆件的振动阶次为一阶且其连接方式为两端悬臂时，则共振力根据公式(2c)计算得到

P_d1＝1.11×10¹⁰d²λ^-3C_Ls 公式(2c)；

其中，d表示钢管外直径，λ表示长细比，C_Ls表示升力系数，所述升力系数根据微风振动杆件的实际雷诺数得到，所述实际雷诺数根据公式R_e＝6.9×10⁴·V·d计算得到，其中，V表示实际风速；

步骤(3)：确定微风振动杆件的弯曲应力和焊接部位应力；

所述弯曲应力根据公式(3.1)计算得到，

其中，W_y表示钢管截面抵抗矩，α表示钢管内外径之比；

所述焊接部位应力根据公式(3.2)进行计算

其中，n为焊缝数量，l为焊缝连接长度，h_f为焊脚尺寸；步骤(4)：确定微风振动杆件的非焊接部位疲劳应力幅和焊接部位疲劳应力幅；

所述微风振动杆件的非焊接部位疲劳应力幅根据公式(4.1)计算得到

△σ_非焊＝σ_max-0.7σ_min 公式(4.1)；

所述微风振动杆件的焊接部位疲劳应力幅根据公式(4.2)计算得到，

△σ_焊＝σ_焊max-σ_焊min 公式(4.2)；

其中，

σ_max表示非焊接部位应力循环中的最大拉应力，取正值；σ_min表示非焊接部位应力循环中的最小拉应力或压应力，拉应力取正值，压应力取负值；

σ_焊max表示焊接部位应力循环中的最大拉应力，取正值；σ_焊min表示焊接部位应力循环中的最小拉应力或压应力，拉应力取正值，压应力取负值；

步骤(5)：确定微风振动杆件的疲劳寿命；

首先计算得到微风振动杆件的非焊接部位疲劳寿命和焊接部位疲劳寿命，再将两者进行比较，取数值较小者作为所述微风振动杆件的疲劳寿命，所述非焊接部位疲劳寿命和焊接部位疲劳寿命均根据公式(5)计算得到

其中，f为杆件一阶微风共振频率，P为微风振动锁定风速发生概率；

当Δσ为非焊接部位疲劳应力幅Δσ_非焊时，C的取值为1940×10¹²，β为4，计算得到非焊接部位疲劳寿命N_非焊；当Δσ为焊接部位疲劳应力幅Δσ_焊时，C的取值为0.41×10¹²，β为3，计算得到焊接部位疲劳寿命N_焊。

2.根据权利要求1所述的钢管塔杆件微风振动疲劳寿命的计算方法，其特征在于：还包括对微风振动杆件在设计使用寿命内的安全性进行评估。