风电连接螺栓疲劳性能及其失效分析

【摘要】：近些年来,不可再生能源不断消耗,使得各个国家大力发展风能技术。我国风能资源丰富,开发和利用风能资源、发展风电产业成为解决日趋严重的能源危机的必然趋势。然而,随着大批风电机组的安装,也突显出了一系列的安全失效问题。风电机组各部件的连接多采用高强度连接螺栓,其螺栓质量、安装方法等都会影响螺栓的连接质量,最终影响整个风电机组的安全可靠性。风电系统通常处于交变载荷的作用下,其高强度连接螺栓一直处于疲劳应力状态,因此,对于长期承受动态载荷螺栓疲劳性能的评估必不可少。而螺栓的疲劳破坏在初期很难被发现,因此研究高强度连接螺栓疲劳失效原因对防止风电系统破坏有重要意义。基于以上研究和应用背景,本论文通过已使用和未使用两种螺栓对比的方法并采用与实际工况相似的轴向拉-拉疲劳的加载模式来测定轮毂与叶片连接螺栓疲劳性能。基于连接螺栓实际服役载荷和疲劳试验机的最大额定载荷,我们制备空心疲劳试棒,通过减少连接螺栓的横截面积,来扩大试验应力范围,使所选取的平均应力am覆盖了实际服役工况。论文以服役过程中失效的变桨轴承与轮毂连接螺栓和塔筒连接螺栓为实例,系统分析了引起连接螺栓失效的主要原因,并提出预防措施。论文主要结论如下：1.在平均应力一定情况下,随着应力半幅的增大,试棒的疲劳寿命降低。在相同试验条件下,已使用螺栓的疲劳寿命仅为未使用螺栓寿命的30%-60%。2.螺栓拆卸扭矩所引起的环向切应力约为轴向应力的40%。其实际最大主应力接近其断裂强度。3.变桨轴承与轮毂连接螺栓的螺纹部位出现了横向疲劳断裂。失效螺栓齿部表层无冷态滚压加工流线组织且表层出现了明显的脱碳现象,大大降低了螺栓齿部的疲劳抗力,在外界交变载荷作用下发生了疲劳断裂。4.脱碳和蠕变造成了预紧力的损失,再加上螺栓服役过程中受到径向力的作用,最终造成了塔筒螺栓的松动。 【关键词】：风电 连接螺栓 疲劳性能 失效分析
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题研究背景及意义10-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 疲劳的基本概念15-22
• 1.3.1 疲劳的定义15-16
• 1.3.2 疲劳断裂的分类16-18
• 1.3.3 疲劳载荷18-19
• 1.3.4 变应力的类型和特性19-21
• 1.3.5 疲劳强度和疲劳极限21
• 1.3.6 疲劳破坏过程21-22
• 1.4 失效分析22-24
• 第2章 实验材料和实验方法24-25
• 2.1 实验材料及样品制备24
• 2.1.1 实验材料24
• 2.1.2 样品制备24
• 2.2 分析测试方法24-25
• 第3章 实验结果与讨论25-49
• 3.1 疲劳性能试验方案设计25-28
• 3.1.1 试验载荷的确定25-26
• 3.1.2 试验样品26-28
• 3.1.3 试验夹具28
• 3.2 检测分析结果28-47
• 3.2.1 化学成分测定28-29
• 3.2.2 金相组织观察29-30
• 3.2.3 力学性能测定30-33
• 3.2.4 疲劳力学性能检测33-38
• 3.2.5 断口宏观分析38-47
• 3.3 已使用螺栓的螺纹根部启裂问题的分析47-49
• 第4章 螺栓失效分析案例49-67
• 4.1 实验材料49
• 4.2 变桨轴承与轮毂连接螺栓失效分析结果和讨论49-62
• 4.2.1 宏观观察分析49-54
• 4.2.2 微观观察分析54-57
• 4.2.3 硬度测定57-58
• 4.2.4 化学成分测定58
• 4.2.5 组织观察分析58-61
• 4.2.6 失效分析61-62
• 4.3 塔筒螺栓松动原因分析及讨论62-67
• 4.3.1 宏观观察分析62-63
• 4.3.2 硬度测定63-64
• 4.3.3 化学成分测定64
• 4.3.4 微观观察64-65
• 4.3.5 螺栓松动机理65
• 4.3.6 螺栓松动原因分析及防松动措施65-67
• 结论67-68
• 参考文献68-70
• 致谢70

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

2兆瓦风力4发电机主轴参数化建模与有限元分析    郑甲红;杜翠;

压力容器开孔接管区应变的有限元分析及应用    路智敏;李强;谢云叶;

缺口对车轴钢疲劳性能的影响    张俊清;周素霞;谢基龙;

不锈钢车体点焊接头强度试验研究    杨望晓;

驻车制动操纵手柄疲劳分析    路梅;

材料疲劳寿命的影响因素和研究方法    刘兵;何国球;蒋小松;朱旻昊;

基于标准的车辆焊接结构抗疲劳设计与焊接工艺一体化设计    孙周明;李玉生;翟封祥;黄永生;兆文忠;

蠕变时效成形对7B04铝合金疲劳性能的影响    金兴;万敏;李超;

锈蚀钢构件安全评定指标初探    钟宏伟;徐善华;李军;孔正义;

低周疲劳下45钢的寿命预测    张赟;鲁春朋;芮执元;

预应力碳纤维布加固混凝土梁疲劳寿命分析    张轲;叶列平;岳清瑞;

车辆荷载作用下沥青路面疲劳行为研究    王保良

LZ50车轴钢的随机疲劳短裂纹行为研究    杨冰

钢质车轮疲劳虚拟评价研究    王国峰

ZK60和GW103K镁合金高周疲劳行为及其喷丸强化研究    刘文才

基于CT图像边缘提取的工件应力分析及疲劳寿命预测研究    李林升

铝合金车轮数字化仿真及工艺优化    张响

不确定参数下结构疲劳断裂可靠性若干问题的研究    李锋

铝合金车轮结构设计有限元分析与实验研究    闫胜昝

基于虚拟疲劳试验的铁路车辆焊接结构疲劳寿命预测    李晓峰

驱动桥疲劳可靠性分析与试验方法研究    吴跃成

大型离心压缩机叶轮的全寿命力学响应分析    何伟全

基于时域仿真的汽轮机轴系疲劳寿命研究    裘鹏

平板网架结构中十字板—焊接空心球连接常幅疲劳性能的理论与试验研究    张海蛟

液压挖掘机工作装置的有限元分析及疲劳寿命预测    白瑞

高速列车车轴载荷谱及压装部位的损伤研究    肖铁汉一

某微型客车车身门框疲劳耐久分析及优化设计    许冰

磁浮道岔梁结构动应力及疲劳寿命分析    肖舟

跨座式单轨车辆转向架结构分析    朱兴高

基于ANSYS的发动机散热器压装方式改进    胡武

基于有限元方法的机车构架强度计算与分析    史小恒

渗碳技术的进展    横濑敬二;蔡千华;

合金元素对渗碳钢内氧化生成形态的影响    赵振东

关于气体渗碳工艺及钢种对内氧化程度影响的研究    段国炎,谢仕芳,李根水

渗碳热处理缺陷分析    张润慧;张延成;宋立波;

氮基气氛渗碳中的内氧化研究    庄军,华公平,余奇平

渗碳齿轮内氧化控制技术的研究    任志俊;

气体渗碳中碳势的热力学意义    林建生;陈仁悟;

钢的内氧化过程及内氧化物的研究    易茂中;林建生;

渗碳淬火件表层非马氏体组织形成原因和防止措施    李志义,李晓澎

渗碳或碳氮共渗时内氧化的热力学分析    张根元,蔡益新,李春兴

牌坊与底座连接螺栓冷装配    薛瑾

连接螺栓断裂失效分析    陈伟;冯小红;聂飞朋;李临华;

连接螺栓的失效分析    王胜霞;窦松柏;李艳萍;陈学军;

钢桁梁腹杆连接螺栓数量的合理确定    许克宾;

转炉连接螺栓断裂分析    陈兴元,刘锦燕,蒋仁贵

浅谈塔式起重机连接螺栓的安全使用    迟殿军

海上风电叶片与轮毂连接螺栓疲劳分析方法探讨    

关于支承转盘连接螺栓强度计算问题的讨论    徐立民,陈卓

金刚石滚轮在活塞连接螺栓磨削加工中的应用    赵斌

船用柴油机活塞连接螺栓断裂失效分析    王国阳;徐卫平;张保奇;王德和;

某轿车用连接螺栓断裂原因分析    翟博;

电站连接螺栓断裂原因分析    徐晓伟;

表面强化对0Cr13Ni8Mo2Al不锈钢连接螺栓疲劳寿命的影响    高玉魁;

铁马骑士V型推力杆连接螺栓强度分析    余波;饶鹏;

铁马骑士V型推力杆连接螺栓强度分析    余波;饶鹏;

飞来峡水电站水轮机轮叶连接螺栓拆装工艺    邓东;戴峰;钟自禄;

连接螺栓断裂失效分析    王荣;李玲;

机车电机转子连接螺栓断裂原因分析    杜世鸿;邱洁;

常张高速公路波形护栏连接螺栓暴隐患    王融国

风电连接螺栓疲劳性能及其失效分析    杨阳

航空发动机转子连接螺栓预紧力与疲劳寿命研究    刘存