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海上风机基础结构管节点几何参数对疲劳寿命影响研究

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1 绪论

1.1 选题的背景、目的和研究意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究目的、意义

1.2 国内外研究现状及发展现状

1.2.1 管节点疲劳研究方法现状

1.2.2国外管节点应力集中问题研究现状

1.2.3国内管节点疲劳问题研究现状

1.3本章小结

2.管节点的疲劳分析

2.1管节点疲劳分析介绍

2.2疲劳寿命的确定

2.3疲劳寿命评估的S-N曲线法

2.4断裂力学在疲劳分析中的应用

2.5经典应力集中系数公式

2.6管节点的应力

2.7应力外推插值

2.8雨流计数法

2.9本章小结

3.管节点模型建立

3.1管节点几何模型的建立

3.1.1管节点介绍

3.1.2使用SolidWorks几何建模

3.2管节点数值模型的建立

3.2.1有限元理论与ANSYS介绍

3.2.2solid95单元和mass21单元介绍

3.2.3网格划分

3.2.4边界条件与加载方式

3.3本章小结

4.管节点应力分析

4.1管节点受轴向拉伸荷载应力分析

4.2管节点受面内弯曲荷载应力分析

4.3管节点受面外弯曲荷载应力分析

4.4本章小结

5.几何参数对应力集中系数影响分析

5.1轴向荷载作用下几何参数对SCF值的影响

5.1.1参数α对T型管节点SCF值的影响

5.1.2参数γ对T型管节点SCF值的影响

5.1.3参数τ对T型管节点SCF值的影响

5.1.4参数β对T型管节点SCF值的影响

5.2面内弯曲作用下几何参数对SCF值的影响

5.2.1参数α对T型管节点SCF值的影响

5.2.2参数γ对T型管节点SCF值的影响

5.2.3参数τ对T型管节点SCF值的影响

5.2.4参数β对T型管节点SCF值的影响

5.3面外弯曲作用下几何参数对SCF值的影响

5.3.1参数α对T型管节点SCF值的影响

5.3.2参数γ对T型管节点SCF值的影响

5.3.3参数τ对T型管节点SCF值的影响

5.3.4参数β对T型管节点SCF值的影响

6.总结与展望

6.1总结

6.2存在问题与展望

参考文献

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书

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摘要

随着不可再生能源的减少,海上风电越来越受到重视,限制海上风电发展的重要原因之一就是成本问题,风机基础疲劳寿命的准确预测对海上风机优化设计有重要影响,应力集中系数是S-N曲线法计算疲劳寿命的重要参数。 首先本文介绍了国内外学者对管节点的数值建模、应力集中系数的研究现状以及疲劳寿命计算的一些基本理论。国内外的学者在以往对管节点应力集中系数研究问题中大多使用壳单元或实体单元,却没有考虑焊缝轮廓的存在对应力分布的影响。由于S-N曲线呈对数变化,应力集中系数很小的误差都会对疲劳寿命的计算产生很大的影响,所以在对管节点进行疲劳分析时考虑焊缝建模是有必要的。 本文通过SOLIDWORKS软件对包含焊缝轮廓的管节点进行几何模拟,几何模型的焊缝轮廓尺寸按照美国钢结构焊接规范。建立几何模型后导入ANSYS进行有限元分析,单元类型选用实体单元,为了便于插值计算热点应力,保证计算精度同时减少计算时间,本文采用分区网格划分。 本文比较了包含焊缝轮廓和不包含焊缝轮廓管节点模型在轴向荷载作用、面内弯矩荷载和面外弯矩荷载作用下的最大应力集中系数及其分布,并计算了两种模型之间的相对误差,为实际工程的数值模型建立与分析提供参考。 此外本文还研究了不同几何参数的变化对管节点SCF的影响,总结了最大应力集中系数变化规律。α大于某值时在三种荷载作用情况下对最大应力集中系数影响较小。管节点受轴向荷载作用和平面内弯曲作用时,β的变化对管节点SCF影响很小;当平面外弯矩载荷作用于撑杆时,管节点SCF随着β的增加而增加。随着γ、τ的增加,T型管节点的SCF值明显增加。

著录项

  • 作者

    朱曦;

  • 作者单位

    大连理工大学;

  • 授予单位 大连理工大学;
  • 学科 水利工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 李玉刚;
  • 年度 2019
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    风机; 基础结构; 管节点; 几何参数; 疲劳寿命;

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