本申請涉及分片式塔架設(shè)計，具體而言，涉及一種分片式塔架屈曲計算方法。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)電開發(fā)技術(shù)持續(xù)進步，應(yīng)用規(guī)模持續(xù)擴大，產(chǎn)業(yè)鏈配套體系日漸成熟，整個風(fēng)電行業(yè)進入平價時代，行業(yè)競爭尤為激烈，由此對各整機商提出更高要求，技術(shù)降本的重要性凸顯。目前陸上大兆瓦機型已成為各大整機商的主流應(yīng)對方案，然而風(fēng)電機組大型化對支撐結(jié)構(gòu)的各方面要求也提出了挑戰(zhàn)，機組大型化帶來了塔頂氣動推力和俯仰彎矩的增加，塔架增高導(dǎo)致了塔底力臂的增加。兩者疊加起來使塔底的彎矩載荷大幅度增加，對此可以通過增大鋼塔直徑提高截面抗彎模量來應(yīng)對，但陸上運輸制約著大直徑鋼塔設(shè)計。對此，分片式塔架（鋼塔）的設(shè)計方式營運而生。分片式塔架采用模塊化設(shè)計，每個單節(jié)塔段由多片預(yù)制板材拼合而成，其中，塔筒的筒壁分片段有著縱向法蘭相連接。

2、分片式塔架的推出旨在解決運輸過程存在的限高、限寬以及超重問題，從而進一步解決塔筒設(shè)計直徑限制導(dǎo)致的設(shè)計成本增加難題，可滿足于山地丘陵等運輸路線限制區(qū)域使用。雖然分片段有著縱向法蘭，一定程度上可視為筒體加勁肋，有利于屈曲設(shè)計，但同時也由于縱向法蘭的存在以及塔段分瓣帶來的連接薄弱區(qū)域，使分片式塔架整體應(yīng)力較為復(fù)雜，因此就需要更加安全可靠的屈曲設(shè)計評估方法進行強度校核，對塔架屈曲計算方法提出了新的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N分片式塔架屈曲計算方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中采用分片式塔架，因為縱向法蘭和塔段分瓣形成新的薄弱區(qū)域，對塔架的屈曲強度校核提出更高要求的問題。

2、根據(jù)本申請?zhí)峁┑囊环N分片式塔架屈曲計算方法，分片式塔架具有與筒壁連接的縱向法蘭，該方法包括：

3、s10，針對分片式塔架建立有限元模型；

4、s20，對有限元模型進行l(wèi)ba分析，獲取分片式塔架的靜力屈曲分析結(jié)果，靜力屈曲分析結(jié)果包括：臨界屈曲因子；

5、s30，對有限元模型進行mna分析，獲取分片式塔架的塑性基準抗力比；其中，在mna分析中，向有限元模型加載的塔底極限載荷根據(jù)lba分析獲取的臨界屈曲因子確定；

6、s40，利用臨界屈曲因子和塑性基準抗力比進行幾何缺陷修正屈曲計算，獲得設(shè)計屈曲抵抗因子；

7、s50，根據(jù)設(shè)計屈曲抵抗因子，判定分片式塔架是否滿足屈曲校核要求。

8、在一些實施例中，在步驟s20和步驟s30中，在lba分析和mna分析中，需加載如下兩種工況：

9、發(fā)生于縱向法蘭與筒壁連接處的彎矩屈曲工況，以及發(fā)生于筒壁上的扭轉(zhuǎn)屈曲工況；其中，在加載彎矩屈曲工況時，沿筒壁的周向每隔10-15°加載一次工況。

10、在一些實施例中，在步驟s20中，lba分析中加載的塔底載荷包括合力矩以及合力：

11、，，，，和；

12、在步驟s30中，mna分析中加載的極限塔底載荷包括合力矩以及合力：

13、，，，，和；

14、其中，表示預(yù)先給定的載荷因子，=n，n為放大因數(shù)，取值大于等于1。

15、在一些實施例中，在步驟s10中，針對分片式塔架建立有限元模型，包括：

16、采用高階三維二十節(jié)點固體結(jié)構(gòu)單元solid186來模擬分片式塔架的主體，采用多點約束剛性梁或剛性桿單元mpc184來模擬分片式塔架的塔底中心加載點到塔頂縱向法蘭上端面的剛性載荷傳遞。

17、在一些實施例中，在步驟s10中，建立有限元模型還包括：對有限元模型進行材料參數(shù)定義；材料參數(shù)定義包括：根據(jù)分片式塔架的壁厚確定屈服強度，根據(jù)分片式塔架的材料確定彈性模量。

18、在一些實施例中，在步驟s20中，在lba分析中，有限元模型的網(wǎng)格劃分為：將solid186的單元網(wǎng)格尺寸控制在50-80mm，在分片式塔架的筒壁厚度方向設(shè)置2-3層網(wǎng)格。

19、在一些實施例中，在步驟s30中，在mna分析中，有限元模型的網(wǎng)格劃分為：在分析對象所在區(qū)域內(nèi)，將solid186的單元網(wǎng)格尺寸控制在50-80mm，在分片式塔架的筒壁厚度方向設(shè)置2-3層網(wǎng)格；在其余區(qū)域內(nèi)，solid186的單元網(wǎng)格尺寸控制在100-200mm，在分片式塔架的筒壁厚度方向設(shè)置1-2層網(wǎng)格。

20、在一些實施例中，步驟s20中，在lba分析中，提取前10階的屈曲特征值及屈曲模態(tài)，若前10階皆沒有發(fā)生目標分析處的屈曲失穩(wěn)，則采用第10階提取到的屈曲因子作為臨界屈曲因子；若前10階內(nèi)發(fā)生目標分析處的屈曲失穩(wěn)，則提取該屈曲失穩(wěn)所對應(yīng)的最小屈曲特征值作為該目標的臨界屈曲因子。

21、在一些實施例中，步驟s40中，利用臨界屈曲因子和塑性基準抗力比進行幾何缺陷修正屈曲計算，獲得設(shè)計屈曲抵抗因子，包括：

22、根據(jù)如下公式確定屈曲縮減系數(shù)：

23、，當(dāng)(1)

24、，當(dāng)......................(2)

25、，當(dāng).....................................(3)

26、其中，為總體相對細長比，為軸向壓縮極限相對細長比，為塑性極限相對長細比，為彈性缺陷縮減系數(shù)，為屈曲相互作用中的塑性范圍系數(shù)，為屈曲相互作用指數(shù)；

27、上式中，總體相對細長比由以下公式確定：

28、........................................(4)

29、特征屈曲抵抗因子由以下公式確定：

30、.........................................(5)

31、設(shè)計屈曲抵抗因子由以下公式確定：

32、.........................................(6)

33、其中，為材料安全系數(shù)。

34、在一些實施例中，步驟s50中，根據(jù)設(shè)計屈曲抵抗因子，判定分片式塔架是否滿足屈曲校核要求，包括：

35、采用lba/mna計算方法計算分片式塔架的屈曲強度，判定分片式塔架是否滿足屈曲校核要求的準則為：

36、若，

37、則滿足屈曲校核要求。

38、本申請的技術(shù)方案，在分片式塔架屈曲計算方法中，針對分片式塔架建立有限元模型，對有限元模型進行l(wèi)ba分析（線彈性分析）和mna分析（材料非線性分析），以靜力屈曲分析結(jié)果聯(lián)合塑性材料非線性屈曲分析結(jié)果的方式，全面應(yīng)對分片式塔架因縱向法蘭存在而導(dǎo)致的薄弱區(qū)域較多、屈曲行為多樣性增加的技術(shù)難題，最終利用兩次分析獲取的臨界屈曲因子和塑性基準抗力比，進行幾何缺陷修正屈曲計算，得到最終設(shè)計屈曲抵抗因子，憑借該設(shè)計屈曲抵抗因子來實現(xiàn)分片式塔架的屈曲強度校核，校核結(jié)果更加安全可靠。由此，可滿足分片式塔架對屈曲強度的設(shè)計要求，從而發(fā)揮分片式塔架克服傳統(tǒng)大型塔筒生產(chǎn)過程中存在限高、限寬以及超重問題的優(yōu)勢，推動分片式塔架的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種分片式塔架屈曲計算方法，所述分片式塔架具有與筒壁連接的縱向法蘭，其特征在于，該方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分片式塔架屈曲計算方法，其特征在于，在步驟s20和步驟s30中，在所述lba分析和所述mna分析中，需加載如下兩種工況：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分片式塔架屈曲計算方法，其特征在于，在步驟s20中，所述lba分析中加載的塔底載荷包括合力矩以及合力：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分片式塔架屈曲計算方法，其特征在于，在步驟s10中，針對所述分片式塔架建立有限元模型，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分片式塔架屈曲計算方法，其特征在于，在步驟s10中，建立有限元模型還包括：對所述有限元模型進行材料參數(shù)定義；所述材料參數(shù)定義包括：根據(jù)所述分片式塔架的壁厚確定屈服強度，根據(jù)所述分片式塔架的材料確定彈性模量。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分片式塔架屈曲計算方法，其特征在于，在步驟s20中，在所述lba分析中，所述有限元模型的網(wǎng)格劃分為：將所述solid186的單元網(wǎng)格尺寸控制在50-80mm，在所述分片式塔架的筒壁厚度方向設(shè)置2-3層網(wǎng)格。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分片式塔架屈曲計算方法，其特征在于，在步驟s30中，在所述mna分析中，所述有限元模型的網(wǎng)格劃分為：在分析對象所在區(qū)域內(nèi)，將所述solid186的單元網(wǎng)格尺寸控制在50-80mm，在所述分片式塔架的筒壁厚度方向設(shè)置2-3層網(wǎng)格；在其余區(qū)域內(nèi)，所述solid186的單元網(wǎng)格尺寸控制在100-200mm，在所述分片式塔架的筒壁厚度方向設(shè)置1-2層網(wǎng)格。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分片式塔架屈曲計算方法，其特征在于，步驟s20中，在lba分析中，提取前10階的屈曲特征值及屈曲模態(tài)，若前10階皆沒有發(fā)生目標分析處的屈曲失穩(wěn)，則采用第10階提取到的屈曲因子作為所述臨界屈曲因子；若前10階內(nèi)發(fā)生目標分析處的屈曲失穩(wěn)，則提取該屈曲失穩(wěn)所對應(yīng)的最小屈曲特征值作為該目標的所述臨界屈曲因子。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分片式塔架屈曲計算方法，其特征在于，步驟s40中，利用所述臨界屈曲因子和所述塑性基準抗力比進行幾何缺陷修正屈曲計算，獲得設(shè)計屈曲抵抗因子，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分片式塔架屈曲計算方法，其特征在于，步驟s50中，根據(jù)所述設(shè)計屈曲抵抗因子，判定所述分片式塔架是否滿足屈曲校核要求，包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種分片式塔架屈曲計算方法，包括針對分片式塔架建立有限元模型；對有限元模型進行LBA分析，獲取分片式塔架的靜力屈曲分析結(jié)果，靜力屈曲分析結(jié)果包括：臨界屈曲因子；對有限元模型進行MNA分析，獲取分片式塔架的塑性基準抗力比；其中，在MNA分析中，向有限元模型加載的塔底極限載荷根據(jù)LBA分析獲取的臨界屈曲因子確定；利用臨界屈曲因子和塑性基準抗力比進行幾何缺陷修正屈曲計算，獲得設(shè)計屈曲抵抗因子；根據(jù)設(shè)計屈曲抵抗因子，判定分片式塔架是否滿足屈曲校核要求，本申請應(yīng)用有限元建模方法，采用線彈性分析和材料非線性分析方法結(jié)合計算，可以保障屈曲校核結(jié)果更加準確可靠。

技術(shù)研發(fā)人員：李云龍,劉揚,閔燁,郝二通,張璟,黃佳,張坤鵬,閆中杰,杜建國,陳東
受保護的技術(shù)使用者：中國船舶集團風(fēng)電發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19