大型风电机组塔筒新型法兰系统结构设计方法

摘要

近年来，海上严酷的工作环境和大型化的设备本身对风电机组零部件的可靠性提出了更高要求。法兰系统是风电机组部件间主要连接形式，也是风电机组设计和运行过程中易出现故障的部位，法兰系统足够的强度和可靠性是保证风力发电机组正常稳定运行的必要条件。目前法兰系统依然采用相关行业的传统设计方法和结构。因此，运用新方法对风电机组法兰系统进行专门的结构设计，获得经济实用且力学性能更好的法兰系统结构形式是必要的。

将拓扑优化方法引用到大型风电机组塔筒法兰系统结构设计中，基于线性模型及非线性模型的优化结果，得到了一种带有加劲板的新型风电机组塔筒法兰系统结构形式，对比分析了线性优化及非线性优化的优缺点。为了进一步确定新型法兰系统结构的设计规律，提取其拓扑优化的结构特征，进行参数化结构设计。通过对传统法兰系统和新型法兰系统刚强度的有限元分析，及螺栓的疲劳损伤计算，明确了加劲板不同尺寸参数对法兰刚度、螺栓拉伸强度和疲劳强度的贡献，获得了含加劲板结构的新型法兰系统结构设计的规律，得到了力学性能更好的新型法兰系统结构，对风电机组塔筒法兰结构设计提供了参考。

关键词：法兰系统；拓扑优化；有限元；参数化设计；刚强度

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