基于多轴向铺层设计的FRP拉挤方管螺栓节点抗拉性能研究

在基于构件-节点一体化设计优化出的多轴向铺层基础上,进一步探究了铺层(单轴向铺层UD、多轴向铺层MD1、单轴向和多轴向相邻铺层MD2及多轴向中混碳铺层BC)以及几何尺寸(端距和排距)对FRP拉挤方管螺栓节点抗拉性能的影响。试验结果表明,多轴向布(MD1和MD2)的加入使节点极限承载力提升50%以上,极限位移增大至2倍以上,极大改善了节点承载和节点延性。采用MD2铺层能够获得最大节点承载力;BC铺层没有提升节点承载力但使节点刚度增大了7%~30%。端距和排距对UD方管螺栓节点的破坏模式无明显影响,均呈现剪切或劈裂破坏模式。当端径比增加至4时,多轴向方管螺栓节点破坏模式开始或完全转变为延性挤压破坏;随着排距的增大,两孔共同挤压受力过程延长,实现了更高延性、更高承载力的节点性能。建议多轴向BFRP拉挤方管螺栓节点的端径比和排径比取为4以上。

变桨轴承用42CrMo钢疲劳裂纹扩展试验及螺栓孔裂纹扩展特性研究

以风电变桨轴承用材料42CrMo钢为基础,从轴承应力集中部位取紧凑拉伸试样(CT试件),在不同载荷和应力比条件下进行CT试件的疲劳裂纹扩展试验,对裂纹扩展过程进行Paris疲劳裂纹扩展模型的数据拟合,由试验数据拟合得到Paris模型参数C和m;利用ABAQUS与FRANC3D软件联合仿真,将试验与仿真得到的不同应力比和不同载荷下的循环次数与裂纹长度进行对比,两者的吻合度较高。通过对风电变桨轴承危险部位进行建模,建立变桨轴承螺栓孔子模型,在危险部位建立初始裂纹进行疲劳裂纹扩展数值模拟,研究不同长深比以及不同角度的疲劳裂纹的扩展规律,结果表明:随着长深比a/b的增大,在裂纹增长同样长度的情况下,所需循环次数减小,初始裂纹形状及角度均对裂纹扩展规律有较大影响。

调距桨叶根螺栓腐蚀疲劳寿命及可靠性分析

叶根螺栓作为调距桨装置中的重要零件,在调距桨安全可靠工作方面扮演了重要角色。由于工作环境恶劣且受复杂载荷的作用,叶根螺栓在使用中出现了应力腐蚀疲劳断裂现象,给调距桨装置的安全可靠运行带来了严峻挑战。在已有叶根螺栓载荷谱基础上,结合初始裂纹和裂纹扩展模型,建立了一种叶根螺栓腐蚀疲劳寿命的评估方法,选取并量化输入变量,提出基于蒙特卡洛法(MC)法和基于克里金插值与蒙特卡洛模拟相结合(AK-MCS)的AK-MCS方法的叶根螺栓腐蚀疲劳寿命分析模型,并对其进行疲劳可靠性及灵敏度分析,计算得到可靠度和随机变量的全局灵敏度。结果表明,在100%最大持续功率(MCR)螺距比工况下,若调距桨一直保持工作状态,叶根螺栓的腐蚀疲劳寿命为4.84年。通过AK-MCS法计算得到的叶根螺栓腐蚀疲劳可靠度为0.9541,相较于MC法误差更小;对比计算量,MC法调用功能函数105次,AK-MCS方法仅调用73次,计算效率提高1368.9%。由此可知,输入变量中对叶根螺栓腐蚀疲劳可靠度影响前3位的是氢浓度、螺栓预紧力和螺栓根部应力集中系数。

双馈式风力发电机组叶片变桨连接螺栓断裂故障分析及预防

叶片变桨螺栓为风力发电机组主要连接部件,叶片高强度连接螺栓的材质标准和施工安装工艺对螺栓运行寿命长短至关重要。通过宏观分析、安装工艺分析、化学成分检验、机械拉伸试验分析等方法,对螺栓断裂原因分析验证。结果表明,从材质各元素及杂质含量导致螺栓质量不合格,装配螺栓预紧力精度不足、螺栓润滑不到位造成叶片连接螺栓预紧力不均匀,叶片自重、旋转离心拉力和风载荷等疲劳过载,都有可能造成螺栓断裂。研究结果可为风机叶片螺栓安装过程中,安装工艺不到位、材质不合格等问题,有效的预防螺栓频繁断裂提供更多的理论依据。

双轴变距自动螺栓拧紧机构的联轴器断裂问题研究

双轴变距自动螺栓拧紧机构通过伺服电机驱动丝杠做直线运动达到变距目的。伺服电机与丝杠由双膜片联轴器连接,传递运动与动力,而安装误差、工作环境等因素会使双膜片联轴器在长期使用过程中,多次出现疲劳断裂现象。为此,文章基于实际运行工况,通过有限元法分析双膜片联轴器的受力情况,发现其最大受力点的应力超过材料的疲劳极限值。继而重新选取联轴器型号,并进行受力情况分析,验证所选的十字滑块式联轴器能够解决联轴器在不确定工况下的疲劳断裂问题,保证螺栓拧紧机构的有效性。

PT6A发动机反桨失效分析

针对一起运12IV飞机着陆后偏出跑道的事件,为了确定故障原因,通过现场勘察与系统测试对故障原因进行了初步分析与隔离。首先对PT6A-27发动机的螺旋桨反桨系统工作原理进行了研究,从液压和机械两方面叙述了反桨系统的运行。通过理论分析,按照由易到难的故障隔离顺序,确定了故障原因为:夹紧螺栓断裂导致左发反桨失效,造成左右发产生不对称推力,从而使飞机偏出跑道。然后从宏观、微观、材料成分、金相组织与硬度这几个方面分析出夹紧螺栓断裂的原因为应力腐蚀。结合该事故飞机海监作业的特点分析得出,由于长时间近海低空飞行,海洋大气环境造成夹紧螺栓的螺纹孔区域形成了应力腐蚀。最后提出了针对该故障的预防性维护措施,即通过加强外部水洗与定期检查来降低类似故障的发生概率。

螺栓预紧力对风力发电机组变桨轴承强度影响的研究

变桨轴承是风力发电机组的核心传动部件,为研究螺栓预紧力对其强度的影响,以某型风力发电机组三排滚柱回转支承为研究对象,通过有限元方法建立“轮毂-轴承-叶片”模型,利用梁单元模拟螺栓并施加预紧力,非线性弹簧单元模拟实体滚子,进行变桨轴承静力学仿真计算。对比不同螺栓预紧力下极限工况对三排滚柱回转支承套圈应力、位移、滚动体接触载荷分布规律的影响及螺栓自身强度。结果表明,减小螺栓预紧力时,轴承套圈油槽位置应力减小,滚动体接触载荷减小,套圈位移增大。考虑到轮毂侧的滚动体承载略大于叶片侧,实际装配过程中可适当增大内圈螺栓预紧力。

双肢冷弯薄壁型钢框架抗震性能分析

冷弯薄壁型钢住宅结构在国内已经成为研究和应用的热点。针对双肢冷弯薄壁C形钢加垫板连接的新型截面,将其应用于低层住宅框架结构,通过拟静力试验和有限元模拟相结合的方法,对3个单层单跨框架进行低周循环荷载作用下的抗震性能对比研究,考虑柱轴压比和梁柱节点连接螺栓间距这两个参数,深入研究了框架的破坏形式以及表征结构抗震性能的各项指标,包括承载力退化、刚度退化、延性及耗能性能。研究结果表明:各框架最终均因发生平面内整体失稳而破坏,且伴有梁端板件及柱脚腹板的局部失稳。螺栓间距对承载力退化的影响程度较大,而轴压比则主要是影响结构的刚度退化性能,各框架较一般混凝土结构及轻型门式刚架结构均表现出较好的延性与耗能性能。研究结论对这一截面形式的应用发展具有一定的实际意义。

MW级风力发电机组变桨螺栓疲劳寿命分析

基于德国船级社Germanisher Lloyd(GL)认证规范,在有限元软件MSC/Marc中对变桨螺栓进行了疲劳应力分析,得到载荷-应力历程;将多体动力学软件Bladed中计算得到的时间-载荷历程与载荷-应力曲线进行通道合并,处理成疲劳分析的时间-应力历程(随机载荷谱),并通过雨流计数法将随机载荷谱处理成规律性的载荷谱。同时依据VDI2230规范建立S-N曲线并对其进行修正,最后运用Palmgren-Miner线性损伤理论得到螺栓最终的损伤值。研究结果表明变桨螺栓在20年的设计寿命中不会发生疲劳破坏。

螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响

为了研究螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响,建立了带螺纹的三维螺栓连接有限元模型,使用Newmark算法进行了螺栓连接横向振动瞬态求解,分析了不同螺距和孔隙对螺栓连接横向振动自松弛的影响。研究结果表明:在横向循环载荷作用下,粗牙螺纹的螺栓连接相比细牙螺纹的预紧力下降速度要慢、螺纹啮合面和承压面的滑移要剧烈,因此细牙螺纹较粗牙螺纹不容易发生自松弛;孔隙越大螺栓连接预紧力下降速度越快、螺纹啮合面和承压面的滑移越剧烈,因此,孔隙越大越容易发生自松弛。

可调螺距螺旋桨叶根螺栓应力分析

针对可调螺距螺旋桨叶根螺栓头部与杆身圆角过渡区域应力集中的问题,根据弹性和弹塑性理论,利用MSC Marc分析叶根螺栓在预紧工况以及螺旋桨处于工作状态的应力分布情况.采用截面法和渗透接触法分别计算预紧力的加载.结果表明,螺旋桨处于工作状态下叶根螺栓头部与杆身圆角过渡区域产生较小的塑性变形,对叶根螺栓强度的影响较小;采用截面法和渗透接触法均能有效地模拟螺栓预紧过程.

螺栓预紧力对大型双排四点接触球轴承载荷分布的影响

通过采用超单元法模拟滚珠-滚道接触,用等效梁法模拟螺栓,得到大型双排四点接触球轴承有限元简化模型,再与不加螺栓有限元算法以及理论算法对比,验证该模型的正确性,并利用此方法分析螺栓预紧力对轴承载荷分布的影响。研究表明:随着均布螺栓预紧力的增加,滚珠-滚道最大接触载荷先降低后小幅增加;非均布螺栓预紧力使滚珠-滚道接触载荷波动加剧;内、外圈螺栓预紧力差异使上、下排滚珠-滚道接触载荷差异增大。

变桨轴承连接螺栓有限元分析及试验验证

变桨轴承是连接叶片和轮毂的转盘轴承,其寿命直接影响风机的可靠性。通常,变桨轴承的结构设计与优化采用有限元方法,其结果的准确性取决于连接螺栓等效模型的准确性。轴承与叶片和轮毂的连接通过两组百余个螺栓实现,若螺栓连接采用实体模型,则计算量巨大。为此,对螺栓等效模型进行研究,以便在轴承整体模型计算中高效准确得到螺栓组的分布应力。文中分别对采用实体模型、实体无螺纹模型和梁-耦合模型3种螺栓模型的轴承整体有限元模型进行了分析。并设计了载荷工况试验台,将试验结果与有限元结果进行对比分析。结果表明,梁-耦合模型的误差小于7%,在误差允许范围内,且计算效率大大提高,节省了约90%的时间。因此,采用梁-耦合模型能真实等效螺栓连接,为轴承的设计优化提供支撑。

兆瓦级风机变桨轴承与轮毂连接螺栓的疲劳分析

针对1.5 MW级风电机组叶片与轮毂连接处变桨轴承上的螺栓,提出一种计算连接螺栓的疲劳损伤值的方法。首先,运用Abaqus软件建立合理的有限元模型,对叶根中心处加弯矩载荷,利用Matlab完成弯矩时间历程谱转换成应力时间历程谱。最后对应力时间历程谱进行雨流计数法处理,再利用Miner线性累计损伤理论和S-N曲线对螺栓进行疲劳分析计算。结果表明螺栓的疲劳损伤值在安全范围内,风机到达使用寿命前螺栓的疲劳损伤很小。研究工作可以指导整个风机上连接螺栓的优化设计,为螺栓疲劳设计和寿命分析提供参考。

调距桨桨毂螺栓材料试验研究

根据调距桨桨毂用螺栓的使用环境和受力状态,对其常用三种材料的工艺性能、力学性能以及在海水中的抗腐蚀性能和疲劳断裂性能进行了比较试验和研究分析,为不同条件下调距桨桨毂用螺栓的选材提供参考.

矿用隔爆箱螺栓组布局优化设计

对矩形隔爆箱螺栓组进行受载分析,发现隔爆箱螺栓组均匀布置时受载并不均匀,受载折线呈现倒置"V"字形,为提高隔爆箱螺栓组连接安全性,提出一种螺栓组优化设计方法,该方法以螺栓布置密度正比于被连接处的应力值为准则,从螺栓间距和轴向力入手,对螺栓组受力进行仿真计算,然后利用MATLAB优化程序对螺栓间距进行优化,得到新的螺栓布局,新布局螺栓组受载曲线平缓,结果表明,该优化方法可使螺栓组受载均匀,提高螺栓连接的可靠性。

调距桨桨毂机构静强度的有限元仿真分析

文章对受推力、扭力、扭矩、离心力和螺栓预紧力联合作用下的某型舰船调距桨桨毂机构静强度进行有限元仿真分析。基于ANSYS 12.0软件平台,考虑桨毂部件几何结构及零件间装配接触关系,对桨毂机构整体及零件进行全六面体和六面体与四面体混合有限元建模,研究了桨毂中各零件在正常工况相互作用下的应力大小及分布。重点针对叶根螺栓的实际结构,采用六面体网格分析螺栓有无螺纹区别,证明螺纹的几何特征在强度校核中不能忽略。

大型双排四点接触球轴承载荷分布影响因素研究

为充分研究大型双排四点接触球轴承的载荷分布,采用超单元法模拟滚珠滚道接触,用等效梁法模拟螺栓,得到大型双排四点接触球轴承有限元简化模型,并通过与理论模型及经验公式结果对比,验证了该模型的正确性。在此基础上,利用此模型分析螺栓预紧力、安装表面平面度及变桨同步度对轴承载荷分布的影响。结果表明:随着均布螺栓预紧力的增加,轴承最大接触载荷先降低后小幅增加;非均布螺栓预紧力使轴承接触载荷波动加剧;平面度误差会造成轴承接触载荷分布不规则突变;当变桨同步度为负时,轴承的接触载荷增大。

对螺栓群不等间距排列方式及承载力的初步研究

在满足构造要求的基础上,提出螺栓连接不等间距的排列方式,并与等间距的排列方式进行承载力的对比分析。实例计算表明,在承载力相同的情况下,按照不等间距的排列方式能够节约大概20%的螺栓。

调距桨桨叶连接螺栓过渡圆角光弹性试验研究

苛刻的空间尺寸要求和严酷的使用环境使得调距桨桨叶连接螺栓设计极为重要,为研究连接螺栓螺帽和螺杆圆角过渡区域因截面形状突变存在的应力集中情况和应力分布规律,以某型调距桨桨叶连接螺栓联接组件作为试验模型,采用光弹性试验方法测得其应力分布和应力集中系数,并与有限元仿真分析结果进行了对比验证,为桨叶连接螺栓组件结构设计及其优化提供重要支撑。