[發明專利]一種風機偏航制動盤建模與極限強度校核方法

有效

• 申請號: 202110783542.0
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113627046B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 楊揚;何海建;李永奎;孟令銳;董姝言;蘇鳳宇;沈越;李成晨
• 申請（專利權）人: 許昌許繼風電科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京中創云知識產權代理事務所(普通合伙) 11837
• 代理人: 徐輝

1.一種風機偏航制動盤建模與極限強度校核方法，其特征在于，該方法包括：

1)對偏航制動盤及其載荷傳遞路徑中的相關部件進行三維幾何建模與模型裝配，得到三維幾何模型；

2)利用有限元前處理軟件對所述三維幾何模型進行網格劃分，對載荷傳遞路徑中的相關部件以及偏航制動盤進行屬性定義，得到網格模型；

3)將所述網格模型導入有限元分析軟件，并依據相鄰部件之間的實際接觸關系定義相關接觸對，在偏航制動盤與偏航制動卡鉗之間建立彈簧單元來模擬兩者之間接觸關系，完成有限元建模；

4)對有限元模型進行邊界約束與極限工況加載；

5）對各極限工況下有限元模型進行非線性求解，求解完成后進入有限元分析軟件后處理模塊，查看各極限工況下偏航制動盤的應力大小及危險位置，將所述危險位置的部件許用應力值與各極限工況下偏航制動盤的應力大小比較，校核偏航制動盤極限強度，得到極限強度安全系數；

其中，所述偏航制動盤分別與8個偏航制動卡鉗的上、下兩個面發生接觸，兩者之間的接觸面摩擦采用軸向拉壓彈簧單元進行建模；每個接觸面均采用X、Y、Z?3個方向拉壓彈簧來分別模擬偏航制動盤與偏航制動卡鉗的X、Y方向橫向摩擦力與Z方向的垂向壓力；

所述偏航制動盤與偏航制動卡鉗之間的作用力共采用24個彈簧單元模擬；

每個接觸面上的采用在同一位置建立兩個節點，兩個節點分別位于接觸面和目標面上，并在重合的兩個節點間建立3個方向的彈簧單元，而彈簧的兩端分別通過剛性梁與偏航制動盤及偏航制動卡鉗連接。

2.根據權利要求1所述的風機偏航制動盤建模與極限強度校核方法，其特征在于，所述載荷傳遞路徑相關部件包括：主機架、偏航驅動電機、偏航軸承內圈、偏航軸承外圈、偏航軸承滾球、偏航制動卡鉗、偏航制動盤、塔頂法蘭及塔筒假體部分。

3.根據權利要求2所述的風機偏航制動盤建模與極限強度校核方法，其特征在于，所述步驟2）網格劃分，包括：

所述主機架、偏航驅動電機和偏航制動盤均采用十節點四面體高階單元進行網格劃分；

所述偏航制動卡鉗、偏航軸承內圈、偏航軸承外圈和塔頂法蘭均采用二十節點六面體高階單元進行網格劃分；

所述偏航軸承與偏航驅動電機之間的偏航齒輪嚙合采用梁單元與桿單元進行建模；

所述塔筒假體部分采用殼單元進行網格劃分；

所述偏航軸承滾球采用軸向拉壓彈簧單元建模；

所述的桿單元其中通過單元實常數定義設置為僅受壓不受拉的特性；

所述梁單元和桿單元劃分份數均為8～16。

4.根據權利要求3所述風機偏航制動盤建模與極限強度校核方法，其特征在于，所述偏航軸承內圈和所述偏航軸承外圈之間的偏航軸承滾球按照實際個數采用彈簧單元combin39進行建模，每個所述偏航軸承滾球采用六個所述combin39單元輻條輪模擬，六個所述combin39單元相對于滾道水平面分別成±30°、±50°、±70°分布，并采用預定義的力-變形曲線來定義所述偏航軸承滾球承受壓力載荷時的剛度變化。

5.根據權利要求1所述風機偏航制動盤建模與極限強度校核方法，其特征在于，Z方向的彈簧單元模擬偏航制動卡鉗與偏航制動盤之間的垂向壓力，具有僅受壓不受拉特性，采用預定義的力-變形曲線來定義彈簧單元承受壓力載荷時的剛度變化，可根據單個偏航制動卡鉗的夾緊力與摩擦片壓縮量得到Z方向的力-變形曲線；

X、Y方向的彈簧單元模擬偏航制動卡鉗與偏航制動盤之間的橫向摩擦力，具有可受壓可受拉特性，根據單個偏航制動卡鉗的夾緊力及其與偏航制動盤之間的摩擦系數得到橫向摩擦力，再采用橫向摩擦力與滑移量得到X、Y方向的力-變形曲線。

6.根據權利要求2所述風機偏航制動盤建模與極限強度校核方法，其特征在于，所述步驟3）在進行有限元建模時，所述主機架與偏航制動卡鉗及偏航驅動電機之間、偏航軸承與偏航制動盤之間、偏航制動盤與塔頂法蘭之間、塔頂法蘭與塔筒假體之間的接觸關系均設置為綁定接觸。