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风力机法兰连接的有限元分析应用

发布于:2016-05-09 19:49
有限元分析

      法兰连接是风力机上应用较多的重要结构,在很大程度上影响整个设备的运行以及工作效率。法兰连接结构尺寸较大,为了得到较为准确的有限元分析结果,网格数量也较大,其分析过程是典型的接触非线性问题。在载荷作用下接触边界条件在计算开始前无法确定,两接触物体之间的有效接触面积,压力分布及接触变形量等都随载荷的施加过程而变化,且与接触体刚度特性密切相关。计算法兰连接在接触状态下的变形和应力大小,对分析其结构强度和可靠性具有重要意义。然而法兰连接模型单元数量巨大,加之接触问题的非线性,常常导致计算不容易收敛,计算耗费时间很长。
      为了能够提高分析效率,可以运用子模型法进行分析求解,即在整体有限元分析结果的基础上,针对特的结构部位(如应力较大或存在应力集中的区域等)分解出结构的局部模型,并进行网格细化,然后调用全局模型的计算结果作为边界条件进行分析求解,这既减小了计算量,又能得到较为准确的结果。
      本研究采用强大的非线性处理功能来进行分析,它不仅支撑多种复杂的材料模型以及材料的实验数据拟合,而且很容易模拟复杂的接触边界条件以及涉及多种加载历程的问题,运用其中的高级功能,选择合理的单元,通过接触非线性分析,得到法兰连接在预紧工况和工作工况下的接触应力随接触状态的变化情况,阐明了子模型方法在大型及形状复杂结构件的接触问题中的可行性。
      在应用有限元App进行大型结构件的整体分析计算时,许多结构往往都采用简化的单元来建模计算,很多时候对圆角,倒角这样的细节部分忽略,但往往这些细节部分是应力最大的部位。为了能够得到精确的分析结果,必须细化网格,这样不仅使网格的数量增大,而且对计算机的要求也相应提高,分析所用的时间也相应增加。为了解决此问题,可以采用子模型方法,只在关心的区域细化网格并对其进行分析,从而能够得到更加准确的结果。
      子模型由整体模型切割得到,而整体模型在切割边界上的计算位移值即是子模型的边界条件。所选取的切割边界应远离应力集中区域,变形较大的区域,而且所切割的区域相对于所研究的区域不能太小,否则会影响计算的准确子模型的特点在于:它减少甚至取了有限元实体模型中所需的传递区域,可以在小范围就不同的问题进行分析,可以根据分析需要将所研究部分的网格划分得足够细,同时又不是太耗费计算资源。基于以上特点,子模型分析方法非常适合大型及复杂零/部件细节分析。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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