SL1500风电机组65米塔筒疲劳分析报告

　　本报告是针对SL1500_ HT34风力发电机组的65米塔筒进行的疲劳分析，风区为S类风区（年平均风速为8.5 m/s，极限风速为50年一遇3秒阵风达到70 m/s）。
　　本报告采用的软件分别是载荷计算软件Bladed软件和有限元分析软件Ansys软件。疲劳载荷及载荷谱来自于Bladed软件的计算结果，应力集中系数的求解来自于有限元分析软件。
　　对于塔筒疲劳分析可根据ENV 1993-1-1标准，可按照钢结构疲劳载荷计算方法：S－N曲线的斜率分别为3和5，转折点载荷循环次数为nD=5.0×106如下图进行计算分析（m=4）： 　　其中，根据ENV 1993-1-1标准，可得：
　　公式中参数
　　（1）转折点对应疲劳载荷幅值△sD下的最大循环次数 nD = 5.0×106次；
　　（2）材料安全系数                                gM = 1.15；
　　（3）DC（Detailcategory）                       DC＝△sc；
　　是指在2百万次循环载荷条件下对应的疲劳应力幅值。
　　（4）公式△sD＝[DC×（2×106/nD）1/3]/gM×（25/t）1/4
　　上式括号[  ]内为不考虑修正的情况下，根据m=3可以得到
　　△sD＝DC×（2×106/nD）1/3－标准的S－N曲线推导得到的
　　（其中，△sD对应循环次数nD；DC即△sc对应循环次数2×106）
　　1/gM×（25/t）1/4为考虑壁面厚度和材料安全系数
　　（5）transfer function( ..…. )是对安全系数的综合考虑
　　下面就分别塔筒门、塔筒壁等处进行分析：
　　1、塔筒门疲劳分析
　　在单位载荷－弯矩Mnor=109Nmm作用下，经过有限元软件分析得到塔筒门处的应力云图如下： 　　通过应力云图推算出塔筒焊缝的应力曲线如下图中粉色曲线： 　　取出0.9倍塔筒壁厚度对应的焊缝应力值和1.5倍塔筒壁厚度下对应的焊缝应力值两点做一条直线，则有焊缝厚度为0时的对应焊缝应力值为
　　smax＝4.44 N/mm2
　　又有snor=Mnor/W
　　其中，W =（da4-di4）×p/32/da
　　da－塔筒外径
　　di －塔筒内径
　　得出：snor＝3.13 N/mm2
　　因此得到应力集中因子为
　　SCF＝smax/snor＝4.44/3.13＝1.42
　　考虑塔筒门的焊缝取DC＝100，如塔筒壁厚为26 mm，则m=4情况下
　　等效疲劳载荷循环次数参考值为
　　nRev(DEL)=20×365.25×24×60×20.1= 2.11×108
　　转折点处对应疲劳载荷值为
　　△sD＝100×（2×106/5×106）1/3/1.15×（25/26）1/4= 63.44 MN/m2
　　根据整机载荷计算软件得出m=4情况下的在塔筒门处沿截面周向每隔15度的等效疲劳载荷值如下表格所示： 　　nzul=[63.44/(4.44×10-3×5400.7)]4×5.0×106= 2.45×108
　　则转折点的损伤系数为
　　Damage= 2.11×108 / 2.45×108=0.861
　　对于塔筒门附近的焊缝所受第i个疲劳载荷的最大循环次数可定义为如下：
　　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－应力集中因子。
　　又从m=3和m=5折线可知：若上面公司中中括号里的分母（即传递函数与第i个等效疲劳载荷的乘积）小于分子△sD，则按m=5求解对应的最大循环次数Ni值；反之则按m=3求解对应的最大循环次数Ni值。
　　某第i个等效疲劳载荷值实际循环次数ni则按照Bladed软件计算得到的Marcov矩阵统计得出。
　　根据疲劳损伤原理，若
　　D＝∑ni/Ni
　　小于1，则说明塔筒的焊缝在20年里不会发生破坏；反之，则说明塔筒焊缝会发生破坏。
　　在塔筒门处如按上图显示的折线m=3和m=5来计算，则沿周向每隔15度得到的焊缝处疲劳损伤值如下表所示： 　　2、塔筒壁疲劳分析
　　2.1 在高度0.6米处塔筒壁的疲劳分析