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行星架具有支撑轴承、轴、齿轮正常运行的功能,是整个风力发电系统的重要组成部件。从工程实际运行状况来看,行星架的设计不合理,直接影响整机系统的可靠性。由于风电齿轮箱工作环境特殊,经常受到变方向、变载荷以及阵风的冲击作用,并且在设计寿命内要承受超过108的循环载荷,即使行星架在正常工作时所受应力完全处于静力安全标准之内,也可能发生疲劳失效。而且行星架又处于大转矩、变载荷条件下工作,所以对风电齿轮箱行星架进行疲劳寿命分析,找出设计中的不足之处,进而进行优化设计显得十分必要。
S-N曲线描述材料的疲劳性能:即表示应力幅值S与疲劳寿命N之间的关系。图1所示为一条典型的S-N曲线,一条完整的S-N曲线可分为三段:第一段是循环次数小于N1的低周疲劳区(LCF);第二段是循环次数终止于ND的高周疲劳区(HCF);第三段是循环次数高于ND亚疲劳区(SF)或无限疲劳寿命区。
材料的S-N曲线是在实验室中应用标准试件测得的,但是在疲劳分析研究中,针对具体的构件,由于其几何形状、表面状态、加工工艺等因素的影响,其S-N曲线有较大的差别。
针对这种不能进行疲劳试验获取零部件S-N曲线的情况,德国劳埃德船级社GL2010规范中提到了利用材料参数、零部件几何参数等拟合成一条近似S-N曲线的方法,曲线拟合需要数据如表1所示。
表1绘制S-N曲线所需参数
S-N曲线详细的拟合过程如下:
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