即将直播：变桨轴承螺栓强度和疲劳分析应用（9月17日）

三、螺栓疲劳

关于螺栓的疲劳强度问题，各家风电整机厂商基本都很头疼！算法也有，很多厂家都做了相关计算，试验也能做，包括预紧力测量，螺栓强度测试，工具校核等等，方法用了一堆，就是无法有效解决叶片螺栓断裂的问题。

当然，几个大厂有你条件做计算，更多的厂商或者风场业主没有计算和测试的能力和条件。仿真秀平台上有VDI2230标准的螺栓计算课程，大家如果了解过这个封神的德国标准，就知道螺栓强度计算随机性有多强，那么多安全系数怼进去，最后居然还是出问题，大变形、塑性、蠕变等问题叠加上疲劳计算，杆单元做的再精细也模拟不出它的真实受载情况，更别说一般工程算法了。

四、涡激振动

提到涡激振动，风电行业的一般都自然想到塔筒安装后尚未安装主机的时候，为了防止塔筒发生涡激振动，需要在塔筒上安装扰流条。扰流条好几万一条挺贵的，但是好在可以重复使用，备上两三条可以用好几个项目。新问题是，主机安装后还会不会发生涡激振动呢？

目前，多个主机厂商发现风电机组安装完成后，即使在停机顺桨条件下（无载荷），风电机组整体也会发生规律振动，有时候是塔筒振动，有时候是叶片单独振动，该振动不会来源于机组运行（顺桨未开机），也不会是设计问题（非整场振动），振动来源一定是风载，首先怀疑的就是涡激振动。这个问题看着简单，实际工程计算难度还是挺大的，做过三维双向流固耦合的小伙伴们都知道，这个问题的收敛性有多难。

五、叶片计算

对每一个整机厂家来说，都希望自己具备叶片设计能力，然后外包生产。但是叶片设计能力涉及的学科太多了，流体难搞，复合材料也难搞，材料和生产工艺又难搞，风洞试验更是想都别想，咋办？挖人呗！可惜想多了，首先来说，叶片厂具有叶片设计能力的不多，具有叶片设计能力的厂家也不一定会仿真计算，目前对于国内风电叶片行业来说，更多还是仿造国外产品，自己仿真设计能力非常有限。叶片设计的如何，直接关系到整机载荷情况和发电效率，这条路漫漫兮而长远！

六、传动部件计算

风电机组由于其载荷特点，造成了其传动部件出现故障的概率非常大，双馈风电机组齿轮箱出现机械故障的概率可能接近于40%。那直驱风电机组就有优势了，没有齿轮箱这个部件，故障率明显降低，但是，目前风电的一个发展趋势是直驱不够用了，需要加装个低速比齿轮箱做半直驱机组，还是避免不了齿轮箱的存在。更何况，传动部件还有很多其他重要部件，比如轴承，联轴器，主轴等等，目前高校中研究的一个热点方向就是轴承的温度变化和热机疲劳的影响，很多研究生甚至博士生的论文研究方向都在这个方面，这些研究方向也确实是风电传动中常见技术问题，对风电机组的运维安全和维护费用的影响尤其重要。

涉及轴承摩擦生热及疲劳的研究很热门，其仿真特点和汽车刹车片的建模方式非常相似，都是存在旋转部件，都是考虑摩擦生热，疲劳仿真都是需要考虑热应力疲劳的问题，汽车刹车片的仿真计算则是本科毕业论文的热点方向，所以这里给大家介绍一个abaqus的刹车片仿真案例，大家可以借鉴一下用于轴承的仿真，轴承仿真的难度提升在于滚珠或者滚轮也是运动的，需要运动相关数据的准确性，笔者没有相关数据，所以使用刹车片仿真计算为例给大家介绍一下计算中需要主要的问题，抛砖引玉，希望对大家有所帮助。

几何建模部分不再介绍，如图所示。

做摩擦生热仿真计算，材料参数要求是比较多的，为了找数据方便和避免单位错误，建议统一使用米单位制。材料的密度、热传导系数、弹性模量和泊松比、热膨胀系数以及比热容，这些都是需要的，弹性模量和热膨胀系数与材料的温度密切相关，所以需要设置成与温度相关的材料参数，不同温度下材料参数不一样。

建立分析步时，要选择显示的热力耦合类型，加载几个分析步要根据具体情况来，建议首先做个列表，那一步加压强，那一步加旋转，子步时间多长都列清楚，方便模型后边的设置。

接触属性设置，除了摩擦系数的设置，还需要设置热导系数和热生成，只有设置了热生成，摩擦才能生热。只有设置了热导系数，两个部件之间才能进行热传递。当然，如果考虑的更多更真实一些，还可以加上热辐射。

接触面之间还需要设置表面热交换条件，设置膜层散热系数和环境温度。

载荷和约束。约束及约束施加的原则，就是保证各个部件的六个方向都能控制住。有接触阻止运动也可以，有载荷约束运动方向也可以，总之满足各个方向都能控制住。千万别觉得这个方向没有载荷，不会发生运动，就不用约束了，有限元计算过程是对单元的计算，一个方向任何没有控制，微小的载荷都能引起无限位移造成模型计算无法收敛。至于旋转问题，可以对体或者做耦合的参考点进行位移/旋转，或者速度/角速度，来控制旋转。

网格划分是个大问题，注意选择温度-位移的耦合单元。网格的质量一定控制好，不然运动过程中很容易出现个别单元变形过大报错或者单元变形速度与膨胀波速的比例失衡报错。如果网格数量过多，计算太慢，可以考虑分析步中添加质量缩放系数，该系数设置合理就不会影响计算结果。

最后，要注意旋转速度问题，别转的太快，可以先做慢速的计算，模型调试没有问题了再加速，加速后依然会出网格单元或者收敛性问题，但是基础模型正确了，也方便有针对性的解决处理问题。

结果温度图

风电行业涉及的仿真计算相关的内容还有很多，想要进一步降低风电上网价格，只有技术革新这一条路可以走，只有价格降下来了，产品质量也上去了，国产风电机组才能具有更强的国际竞争力。

本文都是对风电仿真计算做的一些浅显的介绍，想要在风电领域某个专业占有一席之地，还需要系统学习相关知识才行，总体来说，风电行业也是越来越需要跨学科的综合型人才。横向比较，风电行业的薪资待遇还可以，整体肯定是高于汽车行业和一般机械行业，刨除稳定性的话，薪资和航天行业也有得一拼，所以多多学些风电的仿真知识，对于相关专业的学生群体尤其必要，这不仿真秀的2022风电行业仿真学习月活动来了吗，赶紧行动吧。

自2022年以来，我们分别组织了《力学与有限元学习月》、《汽车仿真设计学习月》和《航空航天仿真设计学习月》，邀请各行业、高校和科研机构资深讲师，分享专业技术、行业经验和案例应用。旨在帮助仿真秀平台用户探索研发工程师的学习路线和知识体系（例如风电行业，结构强度，流场温度，疲劳，多体动力学simpack，螺栓强度和疲劳，混凝土塔筒计算，载荷计算bladed，matlab控制，风资源微观选址，塔筒设计和校核，叶片设计计算等等）。

1、直播安排

9月17日（周六）20时，仿真秀优秀讲师CAE张老师将在#风力发电仿真设计学习月#第3期讲座带来《变桨轴承螺栓强度和疲劳分析应用》，公开分享大型轴承的建模技术、考虑表面强化处理的疲劳寿命计算、螺栓连接相关建模技术、螺栓连接预紧力变化规律等，还可以向讲师提问交流。以下是具体安排

2022风电仿真设计学习月（三）：变桨轴承螺栓强度和疲劳分析应用-仿真秀直播

2、永久免费的风电仿真学习包