2.0MW發(fā)電機底架靜動態(tài)有限元分析

引言
    發(fā)電機底架是風力發(fā)電機組中的主要承載部件，對部分設(shè)備（發(fā)電機、電氣設(shè)備等）及其附屬部件起到固定及支撐作用；發(fā)電機的扭矩及部分機艙罩承受風載也會傳遞到底架上，因此需對電機底架進行強度校核。由于底架大多是由鋼板焊接和螺栓連接而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用材料力學(xué)中理論公式的方法無法進行計算，為此，我們需要借助于工程軟件利用有限元法來進行計算。
    結(jié)構(gòu)分析有限元法是1950年至1960年期間，由學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究人員建立起來的，它是一種模擬在確定荷載條件下的設(shè)計響應(yīng)的方法，用稱之為“單元”的離散體模擬設(shè)計。有限元的基本理論已有近100年之久，其理論基礎(chǔ)已非常完善，而且已經(jīng)開發(fā)出了大批高端通用和行業(yè)專用的有限元軟件，成功有效地解決了各大行業(yè)（航空航天、汽車工業(yè)、船舶工程、電力能源、生物醫(yī)學(xué)、橋梁建筑、電子產(chǎn)品、機械工程、微機電系統(tǒng)等）的工程計算難題。
    采用有限元法進行結(jié)構(gòu)分析的一般過程包括四個主要步驟：
    1）準備工作
    確認分析類型：是采用靜力分析還是動力分析，單場分析還是耦合場分析等等；
    確認如何建模：對稱模型建模還是整體建模，
    是采用實體建模還是非實體建模等等；
    確認單元類型：是采用梁單元、殼單元、板單元還是實體單元，采用低階單元還是高階單元等等。
    2）前處理
    準備工作做好后，即可開始創(chuàng)建幾何模型和有限元模型，包括定義材料、建立和處理幾何模型對幾何模型劃分網(wǎng)格等等。
    3）加載及求解
    根據(jù)分析對象的受力和約束狀態(tài)，對有限元模型進行符合實際情況的載荷和邊界條件的施加，進行求解設(shè)置，并完成計算。
    4）后處理
    對分析結(jié)果進行列表，繪圖，動畫顯示等，觀察結(jié)果并檢查結(jié)果的正確性。通過計算結(jié)果，對分析模型進行評估，提出改進設(shè)計建議，直至滿意為止。
    ANSYS是目前使用最為廣泛的國際大型通用有限元軟件之一，主要用于高級非線性結(jié)構(gòu)分析和多物理場有限元求解分析。本文采用ANSYS12.1軟件對2.0MW風電機組的發(fā)電機底架為研究對象來進行靜強度和自振特性分析，校核其強度并根據(jù)結(jié)果進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
    1 模型及材料參數(shù)
    2.0MW發(fā)電機底架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用三維CAD設(shè)計軟件solidworks繪制，原始模型如圖1所示。

　　發(fā)電機底架是由鋼板焊接和螺栓連接而成，所用材料為Q345D，具體材料參數(shù)如表1所示。

　　2 發(fā)電機底架靜力分析
　　2.1 發(fā)電機底架載荷計算
　　正確的模擬電機底架的受力及邊界條件是進行有限元分析的必要條件。本次靜強度計算共計算兩種工況：