风电叶片预埋型螺栓连接性能研究

复合材料科学与工程 ›› 2020, Vol. 0 ›› Issue (9): 5-10.

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风电叶片预埋型螺栓连接性能研究

龚民¹, 倪爱清¹, 王继辉¹, 秦志文^2*

1.武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070;
2.中国科学院工程热物理研究所中国科学院风能利用重点实验室,北京100080

收稿日期:2019-12-25 出版日期:2020-09-28 发布日期:2020-09-28
通讯作者: 秦志文(1982-),男,博士,助理研究员,主要从事叶片结构强度与复合材料连接方面的研究,caike0208@163.com。
作者简介:龚民(1993-),男,硕士研究生,主要从事树脂基复合材料的结构设计和力学模拟方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金青年基金项目(51606196);中国科学院战略性先导科技专项(XDA21050600;XDA21050303)

STUDY ON THE PERFORMANCE OF EMBEDDED BOLT CONNECTION OF WIND TURBINE BLADE

GONG Min¹, NI Ai-qing¹, WANG Ji-hui¹, QIN Zhi-wen^2*

1. School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;
2. Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Science, Beijing 100080, China

Received:2019-12-25 Online:2020-09-28 Published:2020-09-28

摘要/Abstract

摘要： 建立了风电叶片预埋螺栓套螺栓连接模型,通过有限元软件ANSYS研究预埋螺栓套连接螺栓在受拉、受压和不同大小预紧力等工况下的受力形式及其对螺栓连接性能、载荷系数和疲劳寿命的影响。结果表明:在外载为拉力的情况下,当外载荷小于临界载荷时,螺栓载荷随外载荷线性增加,螺栓系数为定值;当外载荷大于临界载荷时,螺栓载荷系数迅速增高,大大降低螺栓的使用寿命;在外载为压力的情况下,螺栓载荷系数为定值;在满足螺栓使用标准的情况下,预紧力越大,螺栓载荷系数越小,螺栓使用寿命越长。

关键词: 风电叶片, 预埋螺栓, 连接性能, 有限元方法, 复合材料

Abstract: The model of embedded bolt sleeve bolt connection of wind turbine blade is established. Using finite element software ANSYS to study the stress form of embedded bolt sleeve connection bolt under conditions such as tension, compression, and different preload and its influence on load factor and fatigue life. The results show that when the external load is tensile force, when the external load is less than the critical load, the bolt load increases linearly with the external load, and the bolt factor is a fixed value. When the external load is greater than the critical load, the bolt load coefficient increases rapidly, which greatly affects the fatigue life of the bolt. When the external load is pressure force, the bolt load factor is a fixed value. When the bolt service standard is met, the greater the preload is, the smaller the bolt load factor is, the longer the bolt fatigue life is.

Key words: wind turbine blade, embedded bolt, connection performance, finite element method, composites

中图分类号:

TB332

龚民, 倪爱清, 王继辉, 秦志文. 风电叶片预埋型螺栓连接性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(9): 5-10.

GONG Min, NI Ai-qing, WANG Ji-hui, QIN Zhi-wen. STUDY ON THE PERFORMANCE OF EMBEDDED BOLT CONNECTION OF WIND TURBINE BLADE[J]. Composites Science and Engineering, 2020, 0(9): 5-10.

参考文献

[1] 刘波, 贺志佳, 金昊. 风力发电现状与发展趋势[J]. 东北电力大学学报, 2016, 36(2): 7-13.
[2] XIA C L, SONG Z F. Wind energy in China: Current scenario and future perspectives[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009, 13(8): 1966-1974.
[3] SAWYER S, QIAO L M, FRIED L. Global wind report 2017-Annual market update[Z]. 2018.
[4] HYONG S K, LIU D. Review on wind turbine generators and power electronic converters with the grid connection issues[C]//IEEE the 20th Australasian Unversities Power Engineering Conference. Christchurch, New Zealan: 2010.
[5] 闫云强, 王鹏鑫, 赵英芝. 风电机组叶片螺栓断裂原因分析及处理[J]. 内蒙古电力技术, 2018, 36(6): 51-53.
[6] SUTHERLAND H J. On the fatigue analysis of wind turbine[M]. Albuquerque: Sandia National Labs, 1999: 133.
[7] MARTÍNEZ V, GÜEMES A, TRIAS D, et al. Numerical and experimental analysis of stresses and failure in T-bolt joints[J]. Composite Structures, 2011, 93(10): 2636-2645.
[8] 郑永利, 王盼涛. 风电叶片叶根螺栓光杆直径对螺栓强度的影响[J]. 风能, 2011(2): 62-64.
[9] 陆瑞. 基于ANSYS风电机组轮毂和叶片的连结螺栓疲劳寿命分析[J]. 风能, 2016(3): 72-76.
[10] 李东海, 郭辉, 杨萍, 等. 乙烯基酯树脂叶片的根端T型螺栓连接可行性分析[J]. 玻璃钢/复合材料, 2013(5): 57-59.
[11] ZHENG Z B, WANG X C, GUO W B, et al. Failure analysis of a MW-class wind turbine blade root bolt[J]. Journal of Failure Analysis and Prevention, 2019(19): 986-991.
[12] PRIMOŽ M, DARKO B. A complete study of bearing stress in single bolt connections[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2014(95): 126-140.
[13] GRAY P J, MCCARTHY C T. An analytical model for the predic-tion of through-thickness stiffness in tension-loaded composite bolted joints[J]. Composite Structures, 2012(94): 2450-2459.
[14] JOU J M, HONG Y C, SEOK H J, et al. Behavior of bolt-connected steel plate girder attributable to bolt losening failure in the lower flange[J]. Engineering Failure Analysis, 2020(107): 104-208.
[15] SAENZ E, NUIN I, MONTEJO R, et al. Development and validation of a new joint system forsectional blades[J]. Wind Energy, 2015, 18(3): 419-428.
[16] BRIGGS A J A, ZHANG Z Y, DHAKAL H N. Study on T-bolt and pin-loaded bearing strengths and damage accumlation in E-glass/epoxy blade applications[J]. Journal of Composite Materials, 2014, 49(9): 1-10.
[17] 吴胜军, 冯威, 苑斐琦, 等. 风电叶片螺栓安装预紧力研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2016(8): 50-52.
[18] QIN Z W, WANG J H, ZHANG L, et al. Determining division location for sectional wind turbine blades[J]. Energies, 2017, 10: 1404.
[19] Systematic calculation of high duty bolted joints, joints with one cylindrical bolt: VDI 2230 Part 1[S].
[20] Guideline for the cetification of wind turbines: GL2010[S].
[21] Design of steel structures-Part 1-9:Fatigue: Eurocode 3[S].

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[1]	李辉, 赵春江, 梁建国, 曾光, 王蕊, 边强. 变刚度复合材料层合板力学特性及失效机理分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 5-10.
[2]	宫唯康, 刘晓阳, 荆玉才, 项俊宁, 李相国, 杨国涛. 预应力CFRP板加固钢-混凝土组合梁受弯性能的有限元分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 11-19.
[3]	赵雄翔, 孙鹏文, 李建东. 基于应变能的风力机叶片铺层结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 20-24.
[4]	冯钰茹, 王军利, 张宝军, 刘志远, 李金洋, 张宝升. 复合材料叶片建模及铺层参数对强度的影响分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 25-31.
[5]	常腾飞, 湛利华, 李树健, 潘阳. 不同成型方法的树脂基复合材料帽形结构共固化成型质量研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 32-38.
[6]	黄东辉, 曾少华. 自组装蒙脱土-碳纳米管对玻纤增强复合材料力学及界面性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 39-44.
[7]	满珈诚, 侯进森, 李哲夫, 岳广全, 徐鹏, 姜碧羽, 刘卫平. 连续碳纤维增强热固性预浸料压实性能的试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 45-51.
[8]	林梅, 张铁军, 冯宇, 王旗, 武梦科. 湿热/干燥环境交替作用下碳纤维复合材料的吸湿/脱湿特性[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 52-59.
[9]	高慧, 罗发, 渠永平, 王春海. SiC_f/Al₂O₃/Mullite复合材料的制备及吸波性能[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 60-65.
[10]	王东萍. 磁性聚吡咯基复合材料吸附电镀废水中铜离子[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 66-70.
[11]	鲁晓锋, 张颜明, 蒙丹, 苏成功. 全尺寸叶片静力测试中ANSYS梁模型应用与研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 71-74.
[12]	宦胜民, 黄小波, 杨润苗, 向萌. 超支化不饱和聚酯的制备及其应用研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 75-80.
[13]	王雅娜, 赵魏. 复合材料Ⅱ型分层ENF试验数据处理方法对比分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 81-92.
[14]	田会方, 张国武, 吴迎峰, 任政. 水处理罐缠绕工艺中玻璃纤维团打结装置设计与分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 93-98.
[15]	冯倩倩, 朱方龙. 聚合物辅助沉积法制备导电玄武岩纤维[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 99-102.