MW级风电球铁轮毂疲劳性能的研究

论文摘要

MW级风能发电机组球铁轮毂是连接其三根叶片和主轴的重要受力部件,由于其常常在恶劣的环境下工作,并且需要承受高冲击力和低温环境的考验,同时因为其工作时位于上百米的高空,更换的难度和成本都非常可观,所以对其疲劳性能的研究非常有现实意义。本文通过对MW级风能发电机组球铁轮毂进行低温冲击试验和低周应变疲劳试验的方法同时结合断口分析来研究其疲劳现象,找出提高其疲劳性能的方法。对MW级风电球铁轮毂疲劳性能的研究是需要以其低温性能的研究作为前提的。本文对MW级风能发电机组球铁轮毂所常用的两种材质QT350-22L和QT400-18L进行了-20℃到-80℃的低温冲击试验,并且对含Si量在1.9%到2.45%的球铁轮毂试件进行-20℃的低温冲击试验,同时对比前人在MW级风电球铁轮毂中加入0.1%-1.0%的Ni元素的试验结果来找出影响其低温性能的主要因素。另外,本文通过对MW级风电球铁轮毂试件进行应变幅为0.25%-0.6%的常温低周应变疲劳试验并且对其疲劳断口进行分析,同时对比同材质试件在常温和低温条件下冲击试验和拉伸试验的断口,分析和推断在低温条件下产生疲劳现象的原因,从而找出影响疲劳性能的因素及提高疲劳性能的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外风机发展现状及趋势
• 1.2.1 当今世界风能发电设备的发展概况
• 1.2.2 我国风电的发展现状
• 1.2.3 风能发电机组的相关概况
• 1.3 风能发电机轮毂的整体情况
• 1.3.1 风电轮毂
• 1.3.2 风电轮毂的工作环境
• 1.3.3 风能发电轮毂的材料选择
• 1.3.4 风电球铁件低温性能的研究现状
• 1.3.5 风电球铁件疲劳性能的研究现状
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 MW级风能发电设备球墨铸铁轮毂的生产
• 2.1 球墨铸铁的概况
• 2.1.1 球墨铸铁
• 2.1.2 球墨铸铁的发展
• 2.2 MW级风电球铁轮毂合金成分的设计
• 2.2.1 基本元素
• 2.2.2 合金元素
• 2.3 球墨铸铁轮毂的生产过程
• 2.3.1 模具及砂箱造型
• 2.3.2 球墨铸铁铁液的生产
• 2.3.3 球墨铸铁轮毂铸件的浇注
• 2.3.4 球墨铸铁轮毂铸件生产的难点
• 2.3.5 如何提高球墨铸铁轮毂铸件的质量
• 第三章 MW级风电球铁轮毂的低温冲击试验
• 3.1 试验的目的及方法
• 3.1.1 试验的目的
• 3.1.2 试样的制作
• 3.1.3 试验方法
• 3.2 试验的结果及分析
• 3.2.1 Si含量对球铁低温性能的影响
• 3.2.2 风电球铁轮毂的低温Ak-T曲线
• 3.2.3 Ni元素的加入对球墨铸铁低温性能的影响
• 3.2.4 低温冲击试验的断口分析
• 3.3 小结
• 第四章 MW级风电球铁轮毂的低周疲劳试验
• 4.1 材料的疲劳现象
• 4.1.1 疲劳的概念及分类
• 4.1.2 疲劳失效及其特点
• 4.1.3 疲劳破坏的扩展过程
• 4.1.4 影响疲劳强度的因素
• 4.2 试验的目的及方法
• 4.2.1 试验的目的
• 4.2.2 试验的方法
• 4.3 试验的数据及分析
• 4.3.1 循环应力响应行为
• 4.3.2 循环应力应变行为
• 4.3.3 低周疲劳寿命行为
• 4.4 断口分析及对比
• 4.4.1 低周疲劳下的断口分析
• 4.4.2 低周疲劳与拉伸的断口对比
• 4.4.3 低周疲劳断口与冲击断口的对比
• 4.5 MW级风电球铁轮毂疲劳性能影响因素的研究
• 4.5.1 基体组织对疲劳性能的影响
• 4.5.2 温度对疲劳性能的影响
• 4.5.3 球化效果对疲劳性能的影响
• 4.5.4 应力水平对疲劳性能的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢