[发明专利]一种风电机组机舱罩强度计算方法

说明书

本发明提供一种风电机组机舱罩强度计算方法，包括：建立风电机组机舱罩的几何模型；将几何模型导入有限元分析软件，应用有限元仿真软件的前处理功能，对罩体外壳进行铺层建模；定义机舱罩各部件的材料属性和截面属性，建立风电机组机舱罩的有限元模型，其中定义材料属性时，需分别定义玻璃纤维层不同方向的杨氏模量和泊松比；对风电机组机舱罩的有限元模型施加边界条件和载荷；计算风力风电机组机舱罩玻璃钢部件的单层应力应变；采用复合材料强度失效准则对其强度进行评估。本发明对复合材料铺层建模，基于材料的正交各向异性定义材料属性，应用最大拉压应变准则和Tsai‑Wu进行判定，机舱罩受力模拟更加真实，计算结果更准确。

技术领域

本发明属于风力发电机组部件强度分析技术领域，具体涉及一种风电机组机舱罩强度计算方法。

背景技术

随着现代社会的不断发展，人们对能源的需求也快速增长。不可再生能源的传统能源因环境和贮备量不断受到限制，国家和政府正在积极发展清洁并可再生能源，以取代传统的不可再生能源。

风能是一种重要的清洁能源，对于解决全球环境和能源危机具有重要意义。近年来，国内风力发电机组发展迅速，因此风力机组的安全问题也至关重要，为了保证设备的可靠性，必须对风力机组各个部件的结构和疲劳进行计算分析。

机舱罩作为风力发电机组的外壳，用于保护机舱内机械和电气部件，免收阳光、雨水和冰雪等影响，同时为工作人员维护舱内设备提供安全防护和工作空间。机舱罩安全可靠是风电机组正常运行的重要前提，复合材料机舱罩的强度计算是衡量部件可靠性的关键因素。

申请号为CN201710666311.5的发明专利申请《一种风力发电机组机舱罩强度确定方法》公开了一种基于有限元建模的机舱罩强度计算方法，但模型建模时将罩体材料简化为正交各向同性材料，且有限元建模时未按照实际进行材料铺层建模，与实际应用情况不相符。此外，由于复合材料性质，该专利申请未提取材料的单层应力和拉压应变按照失效准则衡量机舱罩的强度，因此，该专利申请未考虑复合材料性质，对模型进行过多的简化，导致计算结果出现较大偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电机组机舱罩强度计算方法，本发明基于复合材料有限元仿真技术，用于解决当前计算方法对材料不合理简化而导致机舱罩强度计算不准确的问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种风电机组机舱罩强度计算方法，包括以下步骤：

(1)建立风电机组机舱罩的几何模型，包括玻璃钢复合材料的罩体外壳、罩体外壳内的钢结构和罩体外壳顶部的护栏和风速风向仪；

(2)将风电机组机舱罩的几何模型导入有限元分析软件，应用有限元仿真软件的前处理功能，对罩体外壳进行铺层建模；

(3)定义机舱罩各部件的材料属性和截面属性，建立风电机组机舱罩的有限元模型；其中需分别定义玻璃纤维层不同方向的杨氏模量和泊松比；

(4)对风电机组机舱罩的有限元模型施加边界条件；

(5)对风电机组机舱罩的有限元模型施加载荷；

(6)计算风力风电机组机舱罩的钢结构部件的等效应力和玻璃钢部件的单层应变应力；

(7)采用复合材料强度失效准则对机舱罩的玻璃钢部件强度进行评估。

优选的，对罩体外壳进行铺层建模时，分别定义胶衣层、玻璃纤维层和泡沫增强层；定义钢结构为结构钢层。

优选的，风电机组机舱罩的有限元模型中，玻璃纤维层采用壳单元模拟，结构钢层采用壳单元模拟，泡沫增强层采用壳单元模拟，胶衣层采用壳单元模拟。

优选的，风电机组机舱罩的有限元模型中，定义风速风向仪为质量点，质量点与安装面建立约束方程。