風電機組傳動鏈疲勞分析

　1 介紹
　　設計機械和結構零件時，最主要的有兩個載荷源：極限載荷和疲勞載荷。極限載荷是由于載荷超過材料的屈服強度或者是超過了材料的最大強度而引起結構破壞的載荷。疲勞載荷是循環載荷，每個疲勞載荷大體上都低于材料的額定屈服強度，但達到足夠次數的波動后會導致斷裂。值得注意的是，除了循環載荷，還有非靜態空氣動力產生的載荷。另外，由于運行的風速區間大，可能會激發一些頻率下的共振。一般來說，疲勞裂紋會在最大局部應力的一點或幾點處形成，載荷在循環應力作用下通過材料擴展直到完全斷裂。
　　疲勞性能受到許多變量的影響，包括載荷類型（軸向，彎曲和扭轉）、載荷曲線形狀、零件尺寸、零件后處理、運行溫度和環境。由于因素眾多，且材料非常容易受到這些因素和載荷工況微小變化的影響，對材料的疲勞壽命進行預測是很復雜的。為了計算可變載荷下零件的壽命，需要使用某種方法，把恒幅疲勞測試數據和隨機應力聯系起來。麥納損傷累積法則（Palmgren-Miner cumulative damage rule）為此提供了一個簡化的方法（圖1）。該方法假設，在波動載荷下機械零件的破壞隨著載荷循環次數線性增加，當D=1 時零件破壞（Eq.1）。此外，在變幅載荷情況下，不同應力響應бai 對應的損傷應進行累積，因此：
式中ni 表示載荷工況бai 載荷循環預期次數，Ni 為載荷循環бai 下發生破壞時載荷循環次數，根據Wöhler 曲線或Haigh圖確定。
　　計算終身循環次數有幾種方法。最簡單的方法，即本文分析中所用的方法，是使用“雨流法”計算等效應力。其他方法包括最大剪應力平面確定等。
 

圖1 根據Miner法則的載荷循環分類