[发明专利]一种基于模态叠加法的风电机组塔架应力状态计算方法

权利要求书

1.一种基于模态叠加法的风电机组塔架应力状态计算方法，其特征在于：能满足实时在线监测的需要，包括以下步骤：

第一步：建立塔架有限元模型，在塔筒连接法兰处、塔筒与顶层机舱连接处设置振动监测点；

第二步：通过有限元法计算得到各振动监测点处归一化形变量表示的塔架前r阶截断模态矩阵

第三步：通过有限元法计算得到塔架的前r阶模态对应的应变模态并组成截断应变模态矩阵

第四步：通过塔架前r阶截断模态矩阵以及t时刻各振动监测点的振动状态量计算塔架振动状态的主坐标向量x_p(t)；

第五步：通过截断应变模态矩阵、振动主坐标向量计算获取塔筒以及法兰螺栓应力状态向量σ_X(t)；

根据塔架有限个振动监测点的实时振动值即能够计算得到整个塔筒的应力状态；

根据塔架有限个振动监测点的实时振动值即能够计算得到法兰螺栓的应力状态；

计算精度及计算效率能满足实时在线监测的需要；

第四步中，t时刻实时监测得到塔架各振动监测点处的振动状态向量x(t)由塔架前r阶截断模态矩阵与塔架振动状态的主坐标向量x_p(t)表示为由线性代数理论能够得x_p(t)的最优解为

第五步中，根据模态叠加法能够得整个塔架应变状态向量若塔架在振动过程中塔筒及螺栓未发生塑性变形，能够认为整个塔筒及法兰螺栓的应力与应变满足线性关系，则塔筒及法兰螺栓的实时应力状态向量其中在计算正应力时k为弹性模量，在计算切应力时k为剪切模量。

2.根据权利要求1所述的基于模态叠加法的风电机组塔架应力状态计算方法，其特征在于：物体中某一点的应力状态能够用该点处任意一组相互垂直的三个平面上的应力来表示，即物体内某一点的应力状态为由于塔架的形变主要在水平方向，即塔架的应变主要发生在水平面上，因此上式能够简化为σ_ij＝[σ_x τ_xy τ_xz]，其中，σ_x为水平面上的正应力，τ_xy及τ_xz均为水平面的切应力，为计算方便，将两个方向的切应力矢量合成为水平面的合切应力，即简化处理后计算的塔架各点处的应力状态为σ＝[σ_x τ_x]，其中，切应力状态

3.根据权利要求1所述的基于模态叠加法的风电机组塔架应力状态计算方法，其特征在于：建立塔架有限元模型时，对塔架机组叶片采用集中质量的方式处理，并对机组机舱结构、法兰螺栓结构、门框开口进行简化后建立塔架的有限元模型。