風電塔架的案例
變截面橢圓門框無縫熱加工工藝的研究及應用
隨著新能源的不斷發展，風力發電技術不斷成熟，我國風電裝機量不斷增加，因此風電塔架門框需求量不斷增加，質量要求也不斷提高。并且風電塔架主要設置在風量多、風力大的山體以及海上等處，鋼結構塔架工作環境惡劣、承受的屈服載荷、抗拉載荷以及沖擊載荷較大，容易變形，將導致安裝在門框上的門不能正常的打開關閉，影響值班人員及維修人員的通行。
目前變截面門框的制造采用的是鋼板切割后焊接成形以及模具成形。焊接成形存在的缺點為：⑴焊接區域存在熱影響區，導致焊接后的門框容易變形，廢品率高；⑵在焊接區域容易開焊，安全系數較低；⑶鋼材被切割后焊接不僅破壞了內部纖維結構，而且導致探傷及機械性能難以滿足技術要求。采用鍛造成形缺點為：⑴增加了材料成本，采用自由鍛造時余量增加；⑵使用模具增加了制造成本。而本工藝在滿足產品技術要求的同時還可以降低制造成本，提高原材料的利用率，實現批量生產。
工藝路線
圖1 變截面橢圓門框尺寸
變截面橢圓門框尺寸如圖1所示，原材料可選用S355NL連鑄圓坯，交貨狀態為正火+回火。
一種變截面橢圓門框無縫熱加工工藝路線為：SolidWorks鍛件計算→下料→加熱→輾環→擴孔（SolidWorks計算尺寸）→鍛壓成形→正火→火焰切割→回火→車端面→打磨→包裝→發貨，并利用熱軋環形件的主要設備輾環機，以提高生產效率。本文針對正火前熱加工工序進行詳細說明。
利用SolidWorks進行計算
由于SolidWorks繪圖軟件對橢圓的周長與重量（選取材料為結構鋼S355NL）測量工具使用簡單、數值準確，并且能夠進行有限元分析，能夠直觀的看出成形的趨勢以及受力情況，并能夠準確的預判鍛造時會產生的不利影響因素，減少鍛造加熱次數，降低生產成本，提高生產效率。
輾環尺寸計算
⑴測量門框外輪廓周長L。
展開 LMS SWT軟件中的結構阻尼參數確定
在風電機組仿真建模的過程中，部件的結構阻尼參數經常很難確定。通常我們在做載荷計算時，往往根據經驗假設一個阻尼值，來保證計算的收斂。但是，結構的阻尼參數強烈影響機組部件的動態特性和機組的載荷狀況，準確理解和定義結構阻尼參數可以使我們獲得更加精確的載荷計算結果。
文章利用KV阻尼模型研究了如何確定LMS SWT軟件中的材料阻尼系數，并給出了與GH Bladed軟件中阻尼參數的換算關系，最后提出了確定阻尼系數的經驗公式，幫助仿真工程師在不確定材料阻尼參數的情況下獲得合理的阻尼數值
另外，通過用目前主流風電機組塔架的實測數據，基于振幅衰減速率計算阻尼比，給出了幾個主流機型的實測阻尼比的值0.001—0.003，并依此認為目前風電機組仿真設計時選取的0.005 的阻尼比偏大，可能存在安全隱患
結構阻尼.zip
展開 揭秘CAE仿真技術在風電能源領域的應用
圖片來源：《中國碳中和目標下的風光技術展望》
另一方面，隨著風電機組單機額定容量的不斷提升，葉片尺寸也在逐步增大。這導致超長葉片產品的輕量化、可靠性、安全性、效率和經濟性等方面的問題愈發突出。然而，我國仍主要依賴國外的葉片設計技術，對于大型柔性葉片的氣彈穩定性機理缺乏深入的理解，同時缺乏基于氣彈耦合效應的高效、低載、輕量化設計技術。 [1]
CAE技術在風電機組設計中的應用
風電機組作為高技術密集型產品，是風電技術的核心，其性能直接影響到風電場的發電效率和經濟效益，在設計過程中涉及到力學、自動控制、機械設計、電機學等多門學科，是一個及其復雜的系統工程。目前，在風電機組的設計中廣泛使用CAE仿真技術，實現全三維數字設計和整機特性的有限元分析。
01 葉片設計
風輪葉片是風電機組的關鍵部件，其氣動性能直接影響到風能轉換效率。通過CAE技術，工程師可以進行葉片的氣動外形設計、結構優化和強度分析。利用計算流體動力學模擬葉片周圍的流場，優化葉片的氣動性能，提高風能捕獲效率。同時，通過有限元分析確保葉片在各種工況下的結構安全性。
02 塔架和基礎設計
風電機組的塔架和基礎需要承受復雜的載荷，包括風載、重力載和動態響應等。CAE技術可以對塔架和基礎進行靜力學和動力學分析，評估其在各種工況下的穩定性和安全性。此外，通過優化設計，可以減輕塔架重量，降低材料成本，提高經濟性。
圖片來源：網絡
除此以外，CAE技術在整機部件設計中的應用還包括以下幾部分：
（1）疲勞強度分析。疲勞失效是風電機組最主要的失效形式，在設計階段可根據仿真計算得到的模擬載荷譜，或現場測試得到的實際載荷譜，使用專用的多軸疲勞分析軟件，對各主要部件進行疲勞強度分析，保證設計的可靠性。
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[1]</p><h2 class="ql-align-justify"><strong> 02 CAE技術在風電機組設計中的應用</strong></h2><p class="ql-align-justify"> 風電機組作為高技術密集型產品，是風電技術的核心，其性能直接影響到風電場的發電效率和經濟效益，在設計過程中涉及到力學、自動控制、機械設計、電機學等多門學科，是一個及其復雜的系統工程。目前，在風電機組的設計中廣泛使用CAE仿真技術，實現全三維數字設計和整機特性的有限元分析。</p><h3 class="ql-align-justify"> 1.葉片設計</h3><p class="ql-align-justify"> 風輪葉片是風電機組的關鍵部件，其氣動性能直接影響到風能轉換效率。通過CAE技術，工程師可以進行葉片的氣動外形設計、結構優化和強度分析。利用計算流體動力學模擬葉片周圍的流場，優化葉片的氣動性能，提高風能捕獲效率。同時，通過有限元分析確保葉片在各種工況下的結構安全性。</p><h3 class="ql-align-justify"> 2.塔架和基礎設計</h3><p class="ql-align-justify"> 風電機組的塔架和基礎需要承受復雜的載荷，包括風載、重力載和動態響應等。CAE技術可以對塔架和基礎進行靜力學和動力學分析，評估其在各種工況下的穩定性和安全性。此外，通過優化設計，可以減輕塔架重量，降低<span style="background-color: rgba(18, 18, 18, 0);">材料成本，提高經濟性。
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