[发明专利]一种风机变桨轴承连接螺栓建模与强度校核方法

说明书

本发明公开了一种风机变桨轴承连接螺栓建模与强度校核方法，利用三维绘图软件，构建变桨轴承与轮毂连接螺栓、变桨轴承与叶片连接螺栓及载荷传递路径相关部件的三维几何模型并得到装配体，经有限元前处理软件对该装配体分别进行网格划分和属性定义，再建立有限元模型，以实现载荷传递路径完整，其中上述载荷传递路径相关部件至少包括：叶片叶根部分、叶片法兰、变桨轴承内圈、变桨轴承外圈、变桨轴承滚球、轮毂、变桨电机、变桨轴承与轮毂连接螺栓、变桨轴承与叶片连接螺栓、螺栓垫片、风轮锁紧盘及主轴假体部分。通过有限元模型实现了完整的载荷传递路径，能够准确计算风机变桨轴承与轮毂和叶片连接螺栓的强度性能，提高了风电机组运行的可靠性。

技术领域

本发明涉及风力发电领域材料技术领域，特别涉及一种风机变桨轴承连接螺栓建模与强度校核方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人们对能源的需求也在迅猛增长。而风能作为一种清洁无污染的可再生能源，越来越受到人们的重视。由于国家政策的大力支持，近几年风电机组的国产化程度逐渐提高。风电机组功率的逐渐增大使得机组内部结构件也越来越大，结构件的强度性能也愈发重要，尤其是机组中使用数量巨大的连接螺栓，其强度性能关系着整个风电机组的安全性与可靠性。变桨轴承连接螺栓作为风电机组最重要的连接螺栓之一，起着连接轮毂、变桨轴承与叶片等部件的作用。当外部风速超出机组的额定风速时，变桨电机通过变桨轴承将与其螺栓连接的叶片进行变桨，以此来保障叶片乃至整个机组的安全性。因此，变桨轴承连接螺栓的强度性能对整个风机的安全运行起到非常关键的作用。

变桨轴承连接螺栓在风机运行中承受着复杂的动态载荷，且由于变桨轴承的非线性影响，采用常规的工程算法计算该连接螺栓强度性能时，计算精度难以满足工程需要，因此通常采用有限元分析法，通过建立更接近于实际的有限元模型，精确评估螺栓的强度性能。但目前利用有限元分析法建立的螺栓计算模型相对简单，难以完整的模拟载荷的传递，从而使得螺栓计算模型的刚度与实际模型的刚度差异较大。在现有的变桨轴承连接螺栓强度性能分析技术中，如申请公布号为CN201510473474.2，申请公布日为2015年12月16日的发明专利申请公开了一种风机变桨轴承与轮毂和叶片连接螺栓强度性能的校核方法，该方法采用有限元软件建立1/3周期模型，对变桨轴承连接螺栓进行了实体单元建模与强度分析。但该专利文件中计算模型不完整，对变桨轴承的非线性及螺栓的受力分析考虑的不够全面，对螺栓强度性能的校核不够准确，不符合实际工作情况。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种风机变桨轴承连接螺栓有限元建模与强度校核方法，用于解决现有技术中关于风机变桨轴承与轮毂连接螺栓、风机变桨轴承与叶片连接螺栓载荷传递路径不完整，变桨轴承的非线性与螺栓的受力分析考虑不周全，导致所述连接螺栓强度性能校核不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种风机变桨轴承连接螺栓建模方法，包括如下步骤：

利用三维绘图软件，对所述变桨轴承与轮毂连接螺栓、变桨轴承与叶片连接螺栓及其载荷传递路径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，其中，所述载荷传递路径相关部件包括：叶片叶根部分、叶片法兰、变桨轴承内圈、变桨轴承外圈、变桨轴承滚球、轮毂、变桨电机、变桨轴承与轮毂连接螺栓、变桨轴承与叶片连接螺栓、螺栓垫片、风轮锁紧盘及主轴假体部分；

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，得到网格模型，定义所述载荷传递路径相关部件的单元、材料、实常数、横截面等属性，将所述网格模型导入有限元分析软件，按照相邻部件之间的实际接触关系定义相关接触对，建立有限元模型。

进一步地，所述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，包括：

所述叶片叶根部分、所述叶片法兰、所述变桨轴承内圈、所述变桨轴承外圈、所述风轮锁紧盘、所述主轴假体部分与所述螺栓垫片均采用规则的八节点六面体单元solid185进行网格划分；和/或