(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110516270 A(43)申请公布日 2019.11.29
(21)申请号 201810495918.6(22)申请日 2018.05.22
(71)申请人 中车株洲电力机车研究所有限公司
地址 412001 湖南省株洲市石峰区时代路
田心工业园(72)发明人 钟杰 王磊 吕杏梅 李洲
巫发明 王靛 李秀珍 蒋红武 李音泉 杨霜 (74)专利代理机构 湖南兆弘专利事务所(普通
合伙) 43008
代理人 周长清 胡君(51)Int.Cl.
G06F 17/50(2006.01)
权利要求书3页 说明书7页 附图1页
(54)发明名称
风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法及系统(57)摘要
本发明公开一种风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法及系统，该方法步骤包括：S1. 基于力从叶片传递至主轴的传递路径中所包含的多个部件对连接螺栓进行有限元建模，建立包括叶片、轴承、轮毂、主轴以及连接螺栓的整体有限元模型；S2. 选取上述各个部件之间能够影响连接螺栓疲劳强度的状态参数，并计算整体有限元模型在不同的状态参数时连接螺栓的疲劳强度；S3. 根据步骤S2得到的疲劳强度评估各状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，基于各状态参数的评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度。本发明具有实现方法简单、能够实现风机中叶片连接螺栓的疲劳强度智能评估，且评估效率及精度高等优点。
CN 110516270 ACN 110516270 A
权 利 要 求 书
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1.一种风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于，步骤包括：S1. 基于力从叶片传递至主轴的传递路径中所包含的多个部件对连接螺栓进行有限元建模，建立包括叶片、轴承、轮毂、主轴以及连接螺栓的整体有限元模型；
S2. 选取上述各个部件之间能够影响连接螺栓疲劳强度的状态参数，并计算所述整体有限元模型在不同的所述状态参数时连接螺栓的疲劳强度；
S3. 根据步骤S2得到的疲劳强度评估各所述状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，基于各状态参数的评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度。
2.根据权利要求1所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于：所述整体有限元模型具体按照叶片-轴承内圈-轴承滚子-轴承外圈-轮毂-主轴的传递路径进行有限元建模。
3.根据权利要求2所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于：所述整体有限元模型中轴承采用弹簧单元模拟，每个轴承滚子采用两个以上的弹簧单元模拟，所述连接螺栓采用梁单元模拟。
4.根据权利要求3所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于：所述整体有限元模型中叶片采用各向异性材料属性。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于：所述状态参数包括基于轴承的状态参数，以考虑轴承的状态对连接螺栓的疲劳强度的影响。
6.根据权利要求5所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于：所述状态参数还包括法兰连接面的间隙，以考虑法兰连接面间隙对连接螺栓的疲劳强度的影响。
7.根据权利要求6所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：
S21. 设置所述整体有限元模型中轴承的非线性刚度，以模拟受载后轴承接触角的变化，以及设置法兰连接面的间隙；
S22. 提取所述整体有限元模型中轴承受力时的变形数据和受力数据，并计算受力不为零的轴承接触角的变化大小，以模拟轴承的受压不受拉，并使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内；
S23. 计算当前状态下所述整体有限元模型中连接螺栓的疲劳强度；S24. 调整所述整体有限元模型中轴承的非线性刚度、法兰连接面的间隙，返回执行步骤S22，直至得到不同轴承刚度、轴承接触角以及法兰连接面时连接螺栓的疲劳强度。
8.根据权利要求7所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于：所述步骤S21中具体通过面投影的方式设置法兰连接面的间隙。
9.根据权利要求7所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于，所述步骤S22中具体通过比较相同工况下计算得到的轴承接触角与标准的轴承接触角之间的差值，使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内。
10.根据权利要求7所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于，所述步骤S23具体通过提取所述整体有限元模型中连接螺栓的截面轴向力、弯矩，结合载荷谱计算连接螺栓实时工况下的轴向力、弯矩，并对连接螺栓进行疲劳强度计算。
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11.根据权利要求10所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，其特征在于，所述对连接螺栓进行疲劳强度计算时，具体通过选取连接螺栓截面中多个点进行计算应力计算、雨流统计和疲劳强度计算，得到连接螺栓的疲劳强度。
12.一种风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统，其特征在于，包括：模型建立单元，用于基于力从叶片传递至主轴的传递路径中所包含的多个部件对连接螺栓进行有限元建模，建立包括叶片、轴承、轮毂、主轴以及连接螺栓的整体有限元模型；
疲劳强度计算单元，用于选取上述各个部件之间能够影响连接螺栓疲劳强度的状态参数，并计算所述整体有限元模型在不同的所述状态参数时连接螺栓的疲劳强度；
疲劳强度评估单元，用于根据所述疲劳强度计算单元得到的疲劳强度评估所述状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，基于评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度。
13.根据权利要求12所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统，其特征在于：所述模型建立单元中整体有限元模型具体按照叶片-轴承内圈-轴承滚子-轴承外圈-轮毂-主轴的传递路径进行有限元建模。
14.根据权利要求13所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统，其特征在于：所述模型建立单元中整体有限元模型的轴承采用弹簧单元模拟，每个轴承滚子采用两个以上的弹簧单元模拟，所述连接螺栓采用梁单元模拟，叶片采用各向异性材料属性。
15.根据权利要求12或13或14所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统，其特征在于：所述疲劳强度计算单元中状态参数包括基于轴承的状态参数，以考虑轴承的状态对连接螺栓的疲劳强度的影响。
16.根据权利要求15所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统，其特征在于，所述疲劳强度计算单元中状态参数还包括法兰连接面的间隙，以考虑法兰连接面间隙对连接螺栓的疲劳强度的影响。
17.根据权利要求16所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统，其特征在于，所述疲劳强度计算单元包括：
设置模块，用于设置所述整体有限元模型中轴承的非线性刚度，以模拟受载后轴承接触角的变化，以及设置法兰连接面的间隙；
数据处理模块，用于提取所述整体有限元模型中轴承受力时的变形数据和受力数据，并计算受力不为零的轴承接触角的变化大小，以模拟轴承的受压不受拉，并使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内；
计算模块，用于计算当前状态下所述整体有限元模型中连接螺栓的疲劳强度；调整模块，用于调整所述整体有限元模型中轴承的非线性刚度、法兰连接面的间隙，返回执行所述数据处理模块，直至得到不同轴承刚度、轴承接触角以及法兰连接面时连接螺栓的疲劳强度。
18.根据权利要求17所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统，其特征在于：所述设置模块中具体通过面投影的方式设置法兰连接面的间隙。
19.根据权利要求17所述的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统，其特征在于，所述计算模块中具体通过提取所述整体有限元模型中连接螺栓的截面轴向力、弯矩，结合载荷谱计算连接螺栓实时工况下的轴向力、弯矩，并对连接螺栓进行疲劳强度计算，通过选取连接螺栓截面中多个点进行计算应力计算、雨流统计和疲劳强度计算，得到连接螺
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栓的疲劳强度。
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风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法及系统。
背景技术
[0002]风力发电机中叶片连接螺栓用于连接叶片和变桨轴承，且由于会受到叶片气动载荷、重力载荷以及离心力载荷等，因而连接螺栓的强度对整个风机的性能而言至关重要，而当前在风机的实际应用过程中，已出现了大量的叶片连接螺栓断裂故障，影响了风机的稳定运行。连接螺栓发生断裂的主要原因通常是螺栓在运行中受到复杂的应力，在复杂的应力条件下发生疲劳断裂而失效。若能够预先对连接螺栓的疲劳强度进行评估，则可以有效避免在实际使用过程中发生断裂故障，提高使用的安全可靠性。[0003]针对风机中螺栓的疲劳强度，目前通常是依据风机参数基于人工经验进行评估，或者通过构建简单的数学模型进行计算，实现复杂且精度低。有从业者提出采用有限元分析方法来计算螺栓的疲劳强度，即利用有限元软件对螺栓进行有限元建模，计算模型在不同载荷下的受力和强度，可以实现螺栓疲劳强度的智能、高效评估，但是目前基于有限元计算螺栓的疲劳强度的方案中，通常都是通过构建简单的螺栓模型进行计算，未考虑传递至螺栓的传递路径，无法准确的表征螺栓的整体受力状况，因而疲劳强度的计算精度不高。[0004]如中国专利申请CN104699911A公开一种风力发电机组轮毂与变桨轴承连接螺栓计算方法，通过构建包括叶片模型、轮毂模型以及轴承模型的有限元模型计算连接螺栓的疲劳强度， 以及中国专利申请Cn105022868A公开一种风机偏航轴承连接螺栓极限强度和疲劳强度的计算方法，根据螺栓涉及的载荷传递路径上的设备建立有限元模型，再对模型施加不同工况的极限载荷实现疲劳强度的计算。上述方案中考虑了力的传递路径进行有限元建模，相比于简单的螺栓模型可以提高计算的精度，但是仅仅是根据力的传递路径构建更为准确的模型，并未考虑模型中各部件状态参数的影响，如风机叶片中的连接螺栓所受的力是经过了叶片、轴承、轮毂及主轴多个部件的传递，而传递路径中的各部件的状态参数也会对螺栓的强度造成影响，如轴承的刚度、接触角及法兰连接面的间隙等，仍然无法完整、精确的表征螺栓的受力状况，因而疲劳强度的计算精度仍然不高，且采用上述方法仅可以计算出疲劳强度，却难以由计算出的疲劳强度确定出螺栓疲劳断裂的具体原因。发明内容
[0005]本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、能够实现风机中叶片连接螺栓的疲劳强度智能评估，且评估效率及精度高的风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法及系统。[0006]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法，步骤包括：S1. 基于力从叶片传递至主轴的传递路径中所包含的多个部件对连接螺栓进行有限
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元建模，建立包括叶片、轴承、轮毂、主轴以及连接螺栓的整体有限元模型；
S2. 选取上述各个部件之间能够影响连接螺栓疲劳强度的状态参数，并计算所述整体有限元模型在不同的所述状态参数时连接螺栓的疲劳强度；
S3. 根据步骤S2得到的疲劳强度评估各所述状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，基于各状态参数的评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度。[0007]作为本发明方法的进一步改进：所述整体有限元模型具体按照叶片-轴承内圈-轴承滚子-轴承外圈-轮毂-主轴的传递路径进行有限元建模。[0008]作为本发明方法的进一步改进：所述整体有限元模型中轴承采用弹簧单元模拟，每个轴承滚子采用两个以上的弹簧单元模拟，所述连接螺栓采用梁单元模拟。[0009]作为本发明方法的进一步改进：所述整体有限元模型中叶片采用各向异性材料属性。
[0010]作为本发明方法的进一步改进：所述状态参数包括基于轴承的状态参数，以考虑轴承的状态对连接螺栓的疲劳强度的影响。[0011]作为本发明方法的进一步改进：所述状态参数还包括法兰连接面的间隙，以考虑法兰连接面间隙对连接螺栓的疲劳强度的影响。[0012]作为本发明方法的进一步改进，所述步骤S2的具体步骤为：
S21. 设置所述整体有限元模型中轴承的非线性刚度，以模拟受载后轴承接触角的变化，以及设置法兰连接面的间隙；
S22. 提取所述整体有限元模型中轴承受力时的变形数据和受力数据，并计算受力不为零的轴承接触角的变化大小，以模拟轴承的受压不受拉，并使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内；
S23. 计算当前状态下所述整体有限元模型中连接螺栓的疲劳强度；S24. 调整所述整体有限元模型中轴承的非线性刚度、法兰连接面的间隙，返回执行步骤S22，直至得到不同轴承刚度、轴承接触角以及法兰连接面时连接螺栓的疲劳强度。[0013]作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S21中具体通过面投影的方式设置法兰连接面的间隙。
[0014]作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S22中具体通过比较相同工况下计算得到的轴承接触角与标准的轴承接触角之间的差值，使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内。
[0015]作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S23具体通过提取所述整体有限元模型中连接螺栓的截面轴向力、弯矩，结合载荷谱计算连接螺栓实时工况下的轴向力、弯矩，并对连接螺栓进行疲劳强度计算。
[0016]作为本发明方法的进一步改进：所述对连接螺栓进行疲劳强度计算时，具体通过选取连接螺栓截面中多个点进行计算应力计算、雨流统计和疲劳强度计算，得到连接螺栓的疲劳强度。
[0017]一种风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统，包括：
模型建立单元，用于基于力从叶片传递至主轴的传递路径中所包含的多个部件对连接螺栓进行有限元建模，建立包括叶片、轴承、轮毂、主轴以及连接螺栓的整体有限元模型；
疲劳强度计算单元，用于选取上述各个部件之间能够影响连接螺栓疲劳强度的状态参
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数，并计算所述整体有限元模型在不同的所述状态参数时连接螺栓的疲劳强度；
疲劳强度评估单元，用于根据所述疲劳强度计算单元得到的疲劳强度评估所述状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，基于评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度。[0018]作为本发明系统的进一步改进，所述模型建立单元中整体有限元模型具体按照叶片-轴承内圈-轴承滚子-轴承外圈-轮毂-主轴的传递路径进行有限元建模。[0019]作为本发明系统的进一步改进，所述模型建立单元中整体有限元模型的轴承采用弹簧单元模拟，每个轴承滚子采用两个以上的弹簧单元模拟，所述连接螺栓采用梁单元模拟，叶片采用各向异性材料属性。
[0020]作为本发明系统的进一步改进，所述疲劳强度计算单元中状态参数包括基于轴承的状态参数，以考虑轴承的状态对连接螺栓的疲劳强度的影响。[0021]作为本发明系统的进一步改进，所述疲劳强度计算单元中状态参数还包括法兰连接面的间隙，以考虑法兰连接面间隙对连接螺栓的疲劳强度的影响。[0022]作为本发明系统的进一步改进，所述疲劳强度计算单元包括：
设置模块，用于设置所述整体有限元模型中轴承的非线性刚度，以模拟受载后轴承接触角的变化，以及设置法兰连接面的间隙；
数据处理模块，用于提取所述整体有限元模型中轴承受力时的变形数据和受力数据，并计算受力不为零的轴承接触角的变化大小，以模拟轴承的受压不受拉，并使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内；
计算模块，用于计算当前状态下所述整体有限元模型中连接螺栓的疲劳强度；调整模块，用于调整所述整体有限元模型中轴承的非线性刚度、法兰连接面的间隙，返回执行所述数据处理模块，直至得到不同轴承刚度、轴承接触角以及法兰连接面时连接螺栓的疲劳强度。
[0023]作为本发明系统的进一步改进，所述设置模块中具体通过面投影的方式设置法兰连接面的间隙。
[0024]作为本发明系统的进一步改进，所述计算模块中具体通过提取所述整体有限元模型中连接螺栓的截面轴向力、弯矩，结合载荷谱计算连接螺栓实时工况下的轴向力、弯矩，并对连接螺栓进行疲劳强度计算，通过选取连接螺栓截面中多个点进行计算应力计算、雨流统计和疲劳强度计算，得到连接螺栓的疲劳强度。[0025]与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）本发明通过基于力从叶片传递路劲构建连接螺栓的整体有限元模型，可以依据力的传递路径实现连接螺栓的整体有限元分析，提高表征螺栓受力状态的精度，同时针对整体有限元模型考虑能够影响连接螺栓疲劳强度的状态参数，通过计算整体有限元模型在不同的状态参数时连接螺栓的疲劳强度，来评估各状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，由各状态参数的评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度，不仅可以实现精准的叶片连接螺栓疲劳强度评估，有效提高疲劳强度评估精度，还可以方便的确定发生螺栓断裂故障的具体原因，以便于提供针对性的改进方案。[0026]2）本发明进一步考虑轴承的状态对连接螺栓的疲劳强度的影响，通过计算整体有限元模型在不同的轴承状态参数时连接螺栓的疲劳强度，结合轴承的状态可以进一步提高连接螺栓强度的评估精度；
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3）本发明进一步考虑法兰连接面间隙对连接螺栓的疲劳强度的影响，通过计算整体有限元模型在不同的轴承法兰连接面间隙时连接螺栓的疲劳强度，结合轴承状态参数、法兰连接面间隙的评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度，能够充分考虑轴承状态、法兰连接面状态的影响，进一步提高连接螺栓强度的评估精度。[0027]4）本发明通过在依据力的传递路径对连接螺栓进行整体性建模后，将轴承刚度、接触角、法兰连接面间隙等影响因素采用有限元的方式进行建模仿真模拟，可以实现连接螺栓的整体性有限元建模分析，同时通过各影响参数的灵敏度分析，可以极大的提升螺栓疲劳计算的精确度，同时可以便于发现螺栓疲劳断裂的具体原因。附图说明
[0028]图1是本发明实施例1中风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法的实现流程示意图。
[0029]图2是本发明实施例1中构建的整体有限元模型的结构示意图。[0030]图例说明：1、叶片1；2、变桨轴承；3、轮毂；4、主轴。具体实施方式
[0031]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。[0032]实施例1：
如图1所示，本实施例风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估方法步骤包括：S1. 基于力从叶片传递至主轴的传递路径中所包含的多个部件对连接螺栓进行有限元建模，建立包括叶片、轴承、轮毂、主轴以及连接螺栓的整体有限元模型；
S2. 选取上述各个部件之间能够影响连接螺栓疲劳强度的状态参数，并计算整体有限元模型在不同的状态参数时连接螺栓的疲劳强度；
S3. 根据步骤S2得到的疲劳强度评估各状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，基于各状态参数的评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度。[0033]本实施例上述方法，首先考虑系统刚度影响，通过基于力从叶片传递路劲构建连接螺栓的整体有限元模型，可以依据力的传递路径实现连接螺栓的整体有限元分析，可以提高表征螺栓受力状态的精度，同时针对整体有限元模型考虑能够影响连接螺栓疲劳强度的状态参数，通过计算整体有限元模型在不同的状态参数时连接螺栓的疲劳强度，来评估各状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，由各状态参数的评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度，不仅可以实现精准的叶片连接螺栓疲劳强度评估，有效提高疲劳强度评估精度，还可以方便的确定发生螺栓断裂故障的具体原因，以便于提供针对性的改进方案。[0034]如图2所示，本实施例中整体有限元模型具体按照叶片-轴承内圈-轴承滚子-轴承外圈-轮毂-主轴的传递路径进行有限元建模，模型中包括叶片1、变桨轴承2、轮毂3、主轴4等模型，能够模拟力从叶片-轴承内圈-轴承滚子-轴承外圈-轮毂-主轴的完整传递路径，确保连接螺栓强度的评估精度。[0035]本实施例中，进行有限元建模时，整体有限元模型中轴承具体采用弹簧单元模拟，每个轴承滚子采用两个以上的弹簧单元模拟，连接螺栓采用梁单元模拟；叶片采用实际的
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各向异性材料属性，能够模拟叶片的真实刚度。[0036]本实施例中，状态参数包括基于轴承的状态参数，以考虑轴承的状态对连接螺栓的疲劳强度的影响，基于轴承的状态参数包括轴承刚度、轴承接触角等，即步骤S2通过计算整体有限元模型在不同的轴承状态参数时连接螺栓的疲劳强度，步骤S3中根据得到的疲劳强度评估各轴承状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，结合各轴承状态参数的评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度。连接螺栓是用于连接叶片和轴承，轴承的状态会直接影响连接螺栓的受力，即影响连接螺栓的强度，本实施例通过考虑轴承的状态对连接螺栓的疲劳强度的影响，结合轴承的状态可以进一步提高连接螺栓强度的评估精度。[0037]本实施例中，状态参数还包括法兰连接面的间隙，以进一步考虑法兰连接面间隙对连接螺栓的疲劳强度的影响，即步骤S2通过计算整体有限元模型在不同的法兰连接面间隙时连接螺栓的疲劳强度，步骤S3中根据得到的疲劳强度评估法兰连接面间隙对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，结合上述轴承状态参数、法兰连接面间隙的评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度。即在依据力的传递路径对连接螺栓进行整体性建模后，将轴承刚度、接触角、法兰连接面间隙等影响因素采用有限元的方式进行建模仿真模拟，实现连接螺栓的整体性有限元建模分析，通过各影响参数的灵敏度分析，可以极大的提升螺栓疲劳计算的精确度，同时可以发现螺栓疲劳断裂的具体原因。[0038]本实施例中，状态参数具体为轴承刚度、接触角以及法兰连接面间隙，以考虑轴承刚度、接触角以及法兰连接面间隙对螺栓强度的影响，基于上述状态参数，步骤S2的具体步骤为：
S21. 设置整体有限元模型中轴承的非线性刚度，以模拟受载后轴承接触角的变化，以及设置法兰连接面的间隙；
S22. 提取整体有限元模型中轴承受力时的变形数据和受力数据，并计算受力不为零的轴承接触角的变化大小，以模拟轴承的受压不受拉，并使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内；
S23. 计算当前状态下整体有限元模型中连接螺栓的疲劳强度；S24. 调整整体有限元模型中轴承的非线性刚度、法兰连接面的间隙，返回执行步骤S22，直至得到不同轴承刚度、轴承接触角以及法兰连接面时连接螺栓的疲劳强度。[0039]本实施例中，步骤S21中具体通过面投影的方式设置法兰连接面的间隙。[0040]本实施例中，步骤S22中具体通过比较相同工况下计算得到的轴承接触角与标准的轴承接触角之间的差值，使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内，保证接触角及变形差异在合理范围内，能够真实的模拟轴承性能，从而确保螺栓的计算准确度。在具体应用实施例中，可将相同工况下计算得到的轴承接触角与轴承厂家提供的标准数据进行对比分析，以实现轴承特性的精确模拟。[0041]本实施例中，步骤S23具体通过提取整体有限元模型中连接螺栓的截面轴向力、弯矩，结合载荷谱计算连接螺栓实时工况下的轴向力、弯矩，并对连接螺栓进行疲劳强度计算，具体可结合载荷谱，通过差值计算螺栓实时工况下的轴向力、弯矩。[0042]本实施例中，对连接螺栓进行疲劳强度计算时，具体通过选取连接螺栓截面中多个点进行计算应力计算、雨流统计和疲劳强度计算，得到连接螺栓的疲劳强度。即螺栓的疲劳强度计算时，先结合载荷谱通过差值计算螺栓实时工况下的轴向力、弯矩，再选取连接螺
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栓截面中多个点进行计算应力计算、雨流统计和疲劳强度计算。
[0043]在具体应用实施例中采用上述方法实现叶片连接螺栓疲劳强度评估的详细步骤为：
步骤1：建立叶片连接螺栓的整体有限元模型构建的整体有限元模型如图2所示，以模拟力从叶片-轴承内圈-轴承滚子-轴承外圈-轮毂-主轴的传递路径，轴承采用弹簧单元模拟，每个滚子采用二个弹簧单元，叶片采用实际的各向异性材料属性；设置轴承的非线性刚度，通过面投影的方式设置法兰连接面间隙。[0044]步骤2：数据处理分析
提取弹簧单元的变形数据和受力，计算受力不为零的弹簧接触角变化以模拟轴承的受压不受拉；分析相同工况下与轴承厂家计算的接触角的差别，以使得接触角及变形差异在合理范围内；提取螺栓梁单元的截面轴向力、弯矩。[0045]步骤3：疲劳强度计算
结合载荷谱通过差值计算螺栓实时工况下的轴向力、弯矩；选取螺栓截面多个点进行计算应力计算、雨流统计和疲劳强度计算。[0046]步骤4：疲劳影响分析、评估
重复以上步骤，评估轴承刚度、接触角、法兰间隙对疲劳计算结果的灵敏度，最终确定连接螺栓的疲劳强度，可以通过各影响参数的灵敏度分析，提升螺栓疲劳计算准确性。[0047]实施例2：
本实施例风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统包括：模型建立单元，用于基于力从叶片传递至主轴的传递路径中所包含的多个部件对连接螺栓进行有限元建模，建立包括叶片、轴承、轮毂、主轴以及连接螺栓的整体有限元模型；
疲劳强度计算单元，用于选取上述各个部件之间能够影响连接螺栓疲劳强度的状态参数，并计算整体有限元模型在不同的状态参数时连接螺栓的疲劳强度；
疲劳强度评估单元，用于根据疲劳强度计算单元得到的疲劳强度评估状态参数对连接螺栓疲劳强度的影响趋势，基于评估结果最终确定连接螺栓的疲劳强度。[0048]本实施例中，模型建立单元中整体有限元模型具体按照叶片-轴承内圈-轴承滚子-轴承外圈-轮毂-主轴的传递路径进行有限元建模，以模拟力从叶片-轴承内圈-轴承滚子-轴承外圈-轮毂-主轴的完整传递路径。[0049]本实施例中，模型建立单元中整体有限元模型的轴承采用弹簧单元模拟，每个轴承滚子采用两个以上的弹簧单元模拟，连接螺栓采用梁单元模拟，叶片采用各向异性材料属性。
[0050]本实施例中，疲劳强度计算单元中状态参数包括基于轴承的状态参数，以考虑轴承的状态对连接螺栓的疲劳强度的影响。[0051]本实施例中，疲劳强度计算单元中状态参数还包括法兰连接面的间隙，以考虑法兰连接面间隙对连接螺栓的疲劳强度的影响。[0052]本实施例中，疲劳强度计算单元包括：
设置模块，用于设置整体有限元模型中轴承的非线性刚度，以模拟受载后轴承接触角的变化，以及设置法兰连接面的间隙；
数据处理模块，用于提取整体有限元模型中轴承受力时的变形数据和受力数据，并计
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说 明 书
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算受力不为零的轴承接触角的变化大小，以模拟轴承的受压不受拉，并使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内；
计算模块，用于计算当前状态下整体有限元模型中连接螺栓的疲劳强度；调整模块，用于调整整体有限元模型中轴承的非线性刚度、法兰连接面的间隙，返回执行数据处理模块，直至得到不同轴承刚度、轴承接触角以及法兰连接面时连接螺栓的疲劳强度。
[0053]本实施例中，设置模块中具体通过面投影的方式设置法兰连接面的间隙。[0054]本实施例中，数据处理模块中具体通过比较相同工况下计算得到的轴承接触角与标准的轴承接触角之间的差值，使得轴承接触角及轴承的变形在预设范围内。[0055]本实施例中，计算模块中具体通过提取整体有限元模型中连接螺栓的截面轴向力、弯矩，结合载荷谱计算连接螺栓实时工况下的轴向力、弯矩，并对连接螺栓进行疲劳强度计算，通过选取连接螺栓截面中多个点进行计算应力计算、雨流统计和疲劳强度计算，得到连接螺栓的疲劳强度。
[0056]本实施例风力发电机中叶片连接螺栓的疲劳强度评估系统与实施例1中方法的原理一致，在此不再一一赘述。
[0057]本发明基于国家重点研发计划资助（National Key R＆D Program of China）项目2017YFE0101900，可以应用于风力发电机中实现叶片连接螺栓的疲劳强度评估。[0058]上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
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说 明 书 附 图
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图1
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