權(quán)利要求書： 1.一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)建立風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的幾何模型，該幾何模型中包括連接法蘭、上段塔筒、連接螺栓、墊圈和下段塔筒，連接法蘭包括上法蘭和下法蘭；

(2)將風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的幾何模型導(dǎo)入有限元分析軟件，并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置各部件的屬性和連接關(guān)系，建立風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型；

(3)在風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型中上法蘭和下法蘭連接的中心位置分別先后施加方向相反的疲勞極限載荷，并對(duì)各疲勞極限工況下有限元模型進(jìn)行非線性求解，得到連接法蘭載荷與連接法蘭表面設(shè)定方向上剪應(yīng)力的關(guān)系；

(4)結(jié)合法蘭位置的疲勞時(shí)序載荷譜，計(jì)算連接法蘭的疲勞損傷值，將該值與設(shè)定值比較，對(duì)連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，其特征在于，在風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型中連接法蘭的中心位置建立節(jié)點(diǎn)，并將該節(jié)點(diǎn)與上段塔筒的頂部位置設(shè)置為通過剛性梁單元連接，其中上段塔筒、連接法蘭、墊圈以及下段塔筒均采用實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，連接法蘭外表面部分采用殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，所述上段塔筒與上法蘭、下段塔筒與下法蘭、墊圈與上下法蘭之間均通過共節(jié)點(diǎn)方式進(jìn)行連接，上法蘭與下法蘭之間的連接螺栓采用梁單元模擬，該梁單元的截面積與連接螺栓應(yīng)力面積相等，數(shù)量為10?20；連接螺栓與墊圈之間采用剛性梁單元進(jìn)行連接，上法蘭與下法蘭之間的結(jié)合面通過摩擦接觸方式進(jìn)行連接，摩擦系數(shù)為0.2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，其特征在于，連接法蘭采用實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的尺寸為2?50mm；在實(shí)體單元表面設(shè)置殼單元網(wǎng)格，實(shí)體單元與殼單元之間通過共節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，其特征在于，在連接法蘭施加疲勞載荷時(shí)，首先施加連接螺栓預(yù)緊力載荷，然后施加疲勞極限外載荷。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，其特征在于，根據(jù)連接法蘭載荷與連接法蘭表面各設(shè)定方向上剪應(yīng)力的關(guān)系曲線以及法蘭位置的疲勞時(shí)序載荷譜，通過線性插值方法，得到連接法蘭在各臨界平面下的剪應(yīng)力譜；然后對(duì)連接法蘭臨界平面下的剪應(yīng)力進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)，得到對(duì)應(yīng)臨界平面下的馬科夫矩陣，再結(jié)合連接法蘭的應(yīng)力?壽命曲線，基于Miner線性累積損傷理論，計(jì)算出連接法蘭的疲勞損傷值。

說明書： 一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備性能檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法。背景技術(shù)[0002] 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也在迅猛增長。然而受限于碳排放等環(huán)境因素，以及存儲(chǔ)量的日益消耗，作為不可再生能源的化石能源的使用受到一定程度的限制，所以人們正在積極的尋找其它清潔無污染的可再生能源，以替代傳統(tǒng)的化石能源。[0003] 風(fēng)能、太陽能等清潔能源，越來越受到人們的重視，尤其是風(fēng)能，由于國家政策的大力支持，近幾年風(fēng)電機(jī)組的國產(chǎn)化程度逐漸提高。為了保證風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的可靠性，需要對(duì)風(fēng)機(jī)中的各部件的疲勞強(qiáng)度等性能進(jìn)行分析。[0004] 塔筒是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的重要設(shè)備，塔筒上部分部件之間連接時(shí)需要采用法蘭；如果連接法蘭出現(xiàn)問題，不僅會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的性能造成影響，甚至?xí)l(fā)安全事故，因此為了保證風(fēng)力發(fā)電的正常運(yùn)行，需要風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。[0005] 計(jì)算風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度時(shí)最常用的是有限元分析法，但是，在現(xiàn)有的利用有限元分析法計(jì)算風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的方法中，主要計(jì)算的是法蘭連接螺栓的強(qiáng)度，而沒有對(duì)連接法蘭本身疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，因此不能計(jì)算出對(duì)整個(gè)發(fā)電機(jī)組造成的影響。并且在計(jì)算時(shí)普遍采用的是等效應(yīng)力算法，無法準(zhǔn)確反映出引起連接法蘭疲勞的真實(shí)應(yīng)力，得到的連接法蘭疲勞強(qiáng)度不準(zhǔn)確。發(fā)明內(nèi)容[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度計(jì)算不準(zhǔn)確的問題。[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：[0008] 一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，包括如下步驟：[0009] (1)建立風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的幾何模型，該幾何模型中包括連接法蘭、上段塔筒、連接螺栓、墊圈和下段塔筒，連接法蘭包括上法蘭和下法蘭；[0010] (2)將風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的幾何模型導(dǎo)入有限元分析軟件，并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置各部件的屬性和連接關(guān)系，建立風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型；[0011] (3)在風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型中上法蘭和下法蘭連接的中心位置分別先后施加方向相反的疲勞極限載荷，并對(duì)各疲勞極限工況下有限元模型進(jìn)行非線性求解，得到連接法蘭載荷與連接法蘭表面設(shè)定方向上剪應(yīng)力的關(guān)系；[0012] (4)結(jié)合法蘭位置的疲勞時(shí)序載荷譜，計(jì)算連接法蘭的疲勞損傷值，將該值與設(shè)定值比較，對(duì)連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核。[0013] 進(jìn)一步的，在風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型中連接法蘭的中心位置建立節(jié)點(diǎn)，并將該節(jié)點(diǎn)與上段塔筒的頂部位置設(shè)置為通過剛性梁單元連接，其中上段塔筒、連接法蘭、墊圈以及下段塔筒均采用實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，連接法蘭外表面部分采用殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，所述上段塔筒與上法蘭、下段塔筒與下法蘭、墊圈與上下法蘭之間均通過共節(jié)點(diǎn)方式進(jìn)行連接，上法蘭與下法蘭之間的連接螺栓采用梁單元模擬，該梁單元的截面積與連接螺栓應(yīng)力面積相等，數(shù)量為10?20；連接螺栓與墊圈之間采用剛性梁單元進(jìn)行連接，上下法蘭之間的結(jié)合面通過摩擦接觸方式進(jìn)行連接，摩擦系數(shù)為0.2。[0014] 進(jìn)一步的，連接法蘭采用實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的尺寸為2?50mm；在實(shí)體單元表面設(shè)置殼單元網(wǎng)格，實(shí)體單元與殼單元之間通過共節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。[0015] 進(jìn)一步的，在連接法蘭施加疲勞載荷時(shí)，首先施加連接螺栓預(yù)緊力載荷，然后施加疲勞極限外載荷。[0016] 進(jìn)一步的，根據(jù)連接法蘭載荷與連接法蘭表面各設(shè)定方向上剪應(yīng)力的關(guān)系曲線以及法蘭位置的疲勞時(shí)序載荷譜，通過線性插值方法，得到連接法蘭在各臨界平面下的剪應(yīng)力譜；然后對(duì)連接法蘭臨界平面下的剪應(yīng)力進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)，得到對(duì)應(yīng)臨界平面下的馬科夫矩陣，再結(jié)合連接法蘭的應(yīng)力?壽命曲線，基于Miner線性累積損傷理論，計(jì)算出連接法蘭的疲勞損傷值。[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的技術(shù)方案，首先建立包括連接法蘭，以及風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭載荷傳遞路徑上其它部件的有限元模型，然后施加疲勞極限載荷，結(jié)合法蘭位置的疲勞時(shí)序載荷譜，計(jì)算出風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的疲勞強(qiáng)度。由于本發(fā)明所提供的技術(shù)方案直接計(jì)算的是連接法蘭的疲勞強(qiáng)度，并且施加疲勞極限載荷時(shí)，與引起連接法蘭疲勞的實(shí)際應(yīng)力相同，所以能夠準(zhǔn)確的計(jì)算出風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的疲勞強(qiáng)度。附圖說明[0018] 圖1為實(shí)施例中風(fēng)機(jī)塔筒連接螺栓的有限元模型剖面示意圖；[0019] 圖2為實(shí)施例中法蘭螺栓連接示意圖；[0020] 圖3為實(shí)施例中分步施加疲勞外載荷的示意圖；[0021] 圖4為實(shí)施例中連接法蘭載荷與危險(xiǎn)臨界平面下剪應(yīng)力的關(guān)系曲線；[0022] 圖5為實(shí)施例中法蘭的S/N曲線；[0023] 圖中：1為剛性梁單元，2為上段塔筒，3為上法蘭，4為下法蘭，5為下段塔筒，6為剛性梁單元，7為墊圈，8為連接螺栓。具體實(shí)施方式[0024] 本發(fā)明提供一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度計(jì)算不準(zhǔn)確的問題。[0025] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：[0026] 一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，包括如下步驟：[0027] (1)建立風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的幾何模型，該幾何模型中包括連接法蘭、上段塔筒、連接螺栓、墊圈和下段塔筒，連接法蘭包括上法蘭和下法蘭；[0028] (2)將風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的幾何模型導(dǎo)入有限元分析軟件，并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置各部件的屬性和連接關(guān)系，建立風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型；[0029] (3)在風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型中上法蘭和下法蘭連接的中心位置分別先后施加方向相反的疲勞極限載荷，并對(duì)各疲勞極限工況下有限元模型進(jìn)行非線性求解，得到連接法蘭載荷與連接法蘭表面設(shè)定方向上剪應(yīng)力的關(guān)系；[0030] (4)結(jié)合法蘭位置的疲勞時(shí)序載荷譜，計(jì)算連接法蘭的疲勞損傷值，將該值與設(shè)定值比較，對(duì)連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核。[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。[0032] 本實(shí)施例提供一種風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭疲勞強(qiáng)度的校核方法，包括如下步驟：[0033] (1)利用三維軟件，建立風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的幾何模型，該幾何模型如圖1和圖2所示，包括上法蘭3，下法蘭4，以及風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭載荷傳遞路徑上的上段塔筒2，下段塔筒5，墊圈7和連接螺栓8；

[0034] (2)將風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的幾何模型導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型，具體流程如下：[0035] 在有限元分析軟件中，上段塔筒2、上法蘭3、下法蘭4、下段塔筒5以及墊圈7采用六面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，上法蘭3和下法蘭4表面部分采用四邊形殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，上段塔筒2與上法蘭3、下段塔筒5與下法蘭4、墊圈7與上法蘭3、墊圈7與下法蘭4之間均設(shè)置為通過共節(jié)點(diǎn)方式進(jìn)行連接；連接螺栓8采用梁單元進(jìn)行模擬，其與墊圈7之間設(shè)置為通過剛性梁單元進(jìn)行連接；[0036] 上法蘭和下法蘭采用實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并在兩者表面設(shè)置一層較薄的殼單元網(wǎng)格，實(shí)體單元和殼單元的網(wǎng)格尺寸均設(shè)置為2?50mm；[0037] 法蘭的連接螺栓8采用梁單元進(jìn)行模擬，本實(shí)施例中采用10個(gè)梁單元模擬連接螺栓8，各梁單元的截面積與對(duì)應(yīng)連接螺栓的應(yīng)力面積相等；[0038] 在風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型中，各部件的具體設(shè)置如表1所示；[0039] 表1[0040][0041] (3)設(shè)置風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭有限元模型中各部件的連接結(jié)構(gòu)，載荷傳遞和邊界條件；[0042] 在上法蘭3和下法蘭4接合面的中心位置建立節(jié)點(diǎn)，并將該節(jié)點(diǎn)與上段塔筒2通過剛性梁單元1連接起來，以模擬上段塔筒2傳遞載荷；上法蘭3與下法蘭4之間的設(shè)置為通過摩擦接觸方式進(jìn)行連接，兩者之間的摩擦系數(shù)設(shè)置為0.2；[0043] (4)以上法蘭3和下法蘭4接合面的中心節(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)，上段塔筒2與下段塔筒5延伸的方向?yàn)閆軸建立X軸，Y軸和Z軸的三維坐標(biāo)系，在原點(diǎn)Y軸的正向和負(fù)向兩個(gè)方向上施加疲勞極限載荷，并在這兩個(gè)疲勞極限工況下，對(duì)風(fēng)機(jī)塔筒連接法蘭的有限元模型進(jìn)行非線性求解；為了考慮法蘭連接螺栓的預(yù)緊力效應(yīng)，對(duì)這兩個(gè)疲勞極限工況進(jìn)行非線性求解時(shí)，分兩個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算，第一步施加連接螺栓預(yù)緊力載荷，第二步施加疲勞極限外載荷，施加疲勞極限外載荷時(shí)分為5個(gè)子步進(jìn)行，假設(shè)極限疲勞外載荷My＝1000Nm，則各步驟與對(duì)應(yīng)載荷之間的關(guān)系如圖3所示，5個(gè)子步驟分別為：第一個(gè)子步施加的載荷從0逐步增加到200Nm，第二個(gè)子步載荷從200Nm逐步增加到400Nm，第三個(gè)子步載荷從400Nm逐步增加到600Nm，第四個(gè)子步載荷從600Nm逐步增加到800Nm，第五個(gè)子步載荷從800Nm逐步增加到1000Nm，從而得到當(dāng)載荷逐步變化時(shí)，追蹤得到法蘭各個(gè)位置對(duì)應(yīng)的應(yīng)力的變化規(guī)律；根據(jù)各載荷步驟的計(jì)算結(jié)果，能夠得到當(dāng)疲勞載荷由負(fù)向極值變化到正向極值時(shí)，連接法蘭各臨界平面下剪應(yīng)力的響應(yīng)曲線；本實(shí)施例得到的連接法蘭危險(xiǎn)臨界平面下載荷?剪應(yīng)力的響應(yīng)曲線如圖4所示；[0044] 由于法蘭表面受力狀態(tài)為二向應(yīng)力狀態(tài)，因此采用在法蘭表面設(shè)置一層殼單元，以便提取該二向應(yīng)力狀態(tài)下的三個(gè)應(yīng)力分量σx，σy和τxy，然后采用下列公式計(jì)算法蘭表面殼單元在不同方向下的剪應(yīng)力值，也就是法蘭表面殼單元在不同角度下的剪應(yīng)力值：[0045][0046] 式中t表示時(shí)間，由于疲勞載荷是一系列隨時(shí)間變化的載荷，因此式中的τxy(t,θ)含義為t時(shí)刻下，殼單元在角度θ對(duì)應(yīng)平面上的剪應(yīng)力；σx(t,0)、σy(t,0)表示t時(shí)刻下，殼單元在0°對(duì)應(yīng)平面上的x及y方向正應(yīng)力；τxy(t,0)表示t時(shí)刻下，殼單元在0°對(duì)應(yīng)平面上的xy平面的剪應(yīng)力。[0047] 上式中，通常θ每個(gè)10°取一個(gè)數(shù)值，即θ＝0°、10°、20°、30°……170°、180°，共分為18個(gè)平面，從而得到了各個(gè)方向下的剪應(yīng)力值，然后用這些各個(gè)方向下的剪應(yīng)力值分別進(jìn)行疲勞計(jì)算，并采用這些結(jié)果進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)估。上述分不同方向(也稱為角度)進(jìn)行疲勞疲勞計(jì)算的方法被稱為臨界平面法，上述的“各臨界平面”指的就是各個(gè)角度下的方向；

[0048] (5)根據(jù)連接法蘭載荷與各臨界平面下剪應(yīng)力的關(guān)系曲線以及法蘭位置的疲勞時(shí)序載荷譜，通過線性插值方法，得到法蘭各臨界平面下的剪應(yīng)力譜；然后對(duì)法蘭各臨界平面下的剪應(yīng)力譜進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)可得到對(duì)應(yīng)臨界平面下的馬科夫矩陣，結(jié)合法蘭的應(yīng)力?壽命曲線，基于Miner線性累積損傷理論，可計(jì)算連接法蘭的疲勞損傷值，將該值與1比較即可校核連接法蘭疲勞強(qiáng)度；法蘭的S/N曲線可根據(jù)GL2010規(guī)范擬合得到，如圖5所示。