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考虑螺栓疲劳损伤约束的法兰轻量化设计方法 被引量:4

LIGHTWEIGHT DESIGN METHOD FOR TOWER FLANGE SUBJECT TO CONSTRAINT ON BOLT FATIGUE DAMAGE
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摘要 为实现某大型水平轴风电机组塔筒螺栓的抗疲劳设计和法兰的轻量化设计,基于Schmidt-Neuper模型建立外界拉力与螺栓应力的非线性关系。由时序载荷线性插值计算得到螺栓时序应力,并根据雨流计数和Miner线性累积损伤理论,计算得到螺栓累积损伤分布。在此基础上,考察螺栓中心线圆周分布直径、法兰内径和法兰厚度对螺栓最大累积损伤的影响。以法兰总重最小化为目标,螺栓疲劳损伤为约束,建立法兰结构优化模型并进行优化求解。结果表明,所提方法能在保证螺栓疲劳强度的前提下,实现法兰系统的轻量化设计。 To realize fatigue-resisting design for bolts and lightweight design of the flange for the large-scale horizontal axis wind turbines,the nonlinear relationship between the external load and bolt stress is established.Thus the timing stresses of the bolts can be calculated in term of the linear interpolation of the timing load.The effect of the inner diameter and thickness of the flange on the cumulative fatigue damage is investigated.Aiming to minimize the total weight of the flange,the formulation of structural optimization for the flange subject to the constraint on the fatigue damage is presented and solved.The optimized results revealed that the lightweight design of the flange can be achieved under the premise of ensuring the fatigue strength of bolts.
作者 龙凯 丁文杰 陈卓 吉亮 谷春璐 李玉华 Long Kai;Ding Wenjie;ChenZhuo;Ji Liang;Gu Chunlu;Li Yuhua(State Key Laboratory for Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University,Beijing 102206,China;Institute of Advanced Structure Technology,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)
出处 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期326-331,共6页 Acta Energiae Solaris Sinica
基金 国家重点研发计划(2018YFB1501304)。
关键词 风电机组 法兰 螺栓 疲劳损伤 优化设计 wind turbines flanges bolts fatigue damage optimum design
作者简介 通信作者:龙凯(1978-),男,博士、副教授,主要从事风力机组结构仿真分析与优化设计方面的研究。longkai1978@163.com。
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