SL1500風電機組65米塔筒疲勞分析報告

　　本報告是針對SL1500_ HT34風力發電機組的65米塔筒進行的疲勞分析，風區為S類風區（年平均風速為8.5 m/s，極限風速為50年一遇3秒陣風達到70 m/s）。
　　本報告采用的軟件分別是載荷計算軟件Bladed軟件和有限元分析軟件Ansys軟件。疲勞載荷及載荷譜來自于Bladed軟件的計算結果，應力集中系數的求解來自于有限元分析軟件。
　　對于塔筒疲勞分析可根據ENV 1993-1-1標準，可按照鋼結構疲勞載荷計算方法：S－N曲線的斜率分別為3和5，轉折點載荷循環次數為nD=5.0×106如下圖進行計算分析（m=4）： 　　其中，根據ENV 1993-1-1標準，可得：
　　公式中參數
　　（1）轉折點對應疲勞載荷幅值△sD下的最大循環次數 nD = 5.0×106次；
　　（2）材料安全系數                                gM = 1.15；
　　（3）DC（Detailcategory）                       DC＝△sc；
　　是指在2百萬次循環載荷條件下對應的疲勞應力幅值。
　　（4）公式△sD＝[DC×（2×106/nD）1/3]/gM×（25/t）1/4
　　上式括號[  ]內為不考慮修正的情況下，根據m=3可以得到
　　△sD＝DC×（2×106/nD）1/3－標準的S－N曲線推導得到的
　　（其中，△sD對應循環次數nD；DC即△sc對應循環次數2×106）
　　1/gM×（25/t）1/4為考慮壁面厚度和材料安全系數
　　（5）transfer function( ..…. )是對安全系數的綜合考慮
　　下面就分別塔筒門、塔筒壁等處進行分析：
　　1、塔筒門疲勞分析
　　在單位載荷－彎矩Mnor=109Nmm作用下，經過有限元軟件分析得到塔筒門處的應力云圖如下： 　　通過應力云圖推算出塔筒焊縫的應力曲線如下圖中粉色曲線： 　　取出0.9倍塔筒壁厚度對應的焊縫應力值和1.5倍塔筒壁厚度下對應的焊縫應力值兩點做一條直線，則有焊縫厚度為0時的對應焊縫應力值為
　　smax＝4.44 N/mm2
　　又有snor=Mnor/W
　　其中，W =（da4-di4）×p/32/da
　　da－塔筒外徑
　　di －塔筒內徑
　　得出：snor＝3.13 N/mm2
　　因此得到應力集中因子為
　　SCF＝smax/snor＝4.44/3.13＝1.42
　　考慮塔筒門的焊縫取DC＝100，如塔筒壁厚為26 mm，則m=4情況下
　　等效疲勞載荷循環次數參考值為
　　nRev(DEL)=20×365.25×24×60×20.1= 2.11×108
　　轉折點處對應疲勞載荷值為
　　△sD＝100×（2×106/5×106）1/3/1.15×（25/26）1/4= 63.44 MN/m2
　　根據整機載荷計算軟件得出m=4情況下的在塔筒門處沿截面周向每隔15度的等效疲勞載荷值如下表格所示： 　　nzul=[63.44/(4.44×10-3×5400.7)]4×5.0×106= 2.45×108
　　則轉折點的損傷系數為
　　Damage= 2.11×108 / 2.45×108=0.861
　　對于塔筒門附近的焊縫所受第i個疲勞載荷的最大循環次數可定義為如下：
　　Ni=[△sD/(transfer function(including notch factor)×DEL)]m×nD
　　其中，transfer function(including notch factor)= 106/W×SCF；
　　W－截面模量；
　　SCF－應力集中因子。
　　又從m=3和m=5折線可知：若上面公司中中括號里的分母（即傳遞函數與第i個等效疲勞載荷的乘積）小于分子△sD，則按m=5求解對應的最大循環次數Ni值；反之則按m=3求解對應的最大循環次數Ni值。
　　某第i個等效疲勞載荷值實際循環次數ni則按照Bladed軟件計算得到的Marcov矩陣統計得出。
　　根據疲勞損傷原理，若
　　D＝∑ni/Ni
　　小于1，則說明塔筒的焊縫在20年里不會發生破壞；反之，則說明塔筒焊縫會發生破壞。
　　在塔筒門處如按上圖顯示的折線m=3和m=5來計算，則沿周向每隔15度得到的焊縫處疲勞損傷值如下表所示： 　　2、塔筒壁疲勞分析
　　2.1 在高度0.6米處塔筒壁的疲勞分析