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兆瓦级风力发电机组主轴疲劳分析

太阳能学报 2013年第4期34卷 591-597页

作者：杜静牛兴海何玉林吕向飞重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

基于风力机主轴有限元分析模型,对兆瓦级风力机主轴疲劳损伤进行研究。利用MSC.Marc/Mentat软件分析风力发电机主轴的疲劳应力;运用雨流循环计数法计算主轴的疲劳载荷谱。最后,提出一种将雨流循环计数法与Palmgren-Miner线性累积损伤理... 详细信息

基于风力机主轴有限元分析模型,对兆瓦级风力机主轴疲劳损伤进行研究。利用MSC.Marc/Mentat软件分析风力发电机主轴的疲劳应力;运用雨流循环计数法计算主轴的疲劳载荷谱。最后,提出一种将雨流循环计数法与Palmgren-Miner线性累积损伤理论相结合的主轴疲劳损伤计算的新方法,并根据GL规范修正了主轴材料的S-N曲线。分析结果表明,本文提出的方法可靠实用,且为兆瓦级风力发电机主轴的合理设计与性能强化提供了科学依据,具有普遍适用性。

关键词：风力发电机主轴有限元法疲劳载荷疲劳分析

基于高斯过程回归和双滑动窗口残差处理的风电机组主轴状态监测

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电力自动化设备 2018年第6期38卷 34-40页

作者：郭鹏王兆光华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

针对风电机组运行数据强随机性和高噪声的特点,采用高斯过程回归方法建立主轴正常时段的温度模型,并应用自动关联分析方法选择主轴温度模型的建模变量。为降低建模复杂程度,采用模糊核聚类方法对风电机组原始运行数据进行筛选,消除冗余... 详细信息

针对风电机组运行数据强随机性和高噪声的特点,采用高斯过程回归方法建立主轴正常时段的温度模型,并应用自动关联分析方法选择主轴温度模型的建模变量。为降低建模复杂程度,采用模糊核聚类方法对风电机组原始运行数据进行筛选,消除冗余信息,构造紧凑有效的建模样本集。当主轴发生故障时,模型的输入观测向量发生异常变化,导致模型预测残差发生明显改变。为提高主轴异常预警的灵敏度和可靠性,采用基于莱依特准则的双滑动窗口对预测残差序列进行实时的统计分析,如果残差均值或标准差超出设定的故障报警阈值,则发出报警信息。某风电机组主轴的实际运行数据验证了所提方法的有效性。

关键词：风电主轴状态监测高斯过程回归自动关联分析模糊核聚类残差双滑动窗口

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兆瓦级风机主轴疲劳分析方法研究

太阳能学报 2013年第10期34卷 1714-1719页

作者：翁海平陈棋风力发电系统国家重点实验室浙江运达风电股份有限公司杭州310012

利用叶素动量理论计算风机疲劳载荷,进而得到轮毂中心的疲劳载荷历程。结合S-N曲线和有限元应力结果,对风机主轴的疲劳分析方法进行研究;同时介绍了主轴有限元应力应变响应的分析方法;最后以兆瓦级风机和IIIB风场为例,按不同表面粗糙度... 详细信息

利用叶素动量理论计算风机疲劳载荷,进而得到轮毂中心的疲劳载荷历程。结合S-N曲线和有限元应力结果,对风机主轴的疲劳分析方法进行研究;同时介绍了主轴有限元应力应变响应的分析方法;最后以兆瓦级风机和IIIB风场为例,按不同表面粗糙度和应力集中分段,计算主轴的疲劳损伤,得到具有较大工程价值和指导意义的风机主轴疲劳分析方法。

关键词：风机主轴疲劳分析有限单元法

基于不规则元胞的主轴温度-结构场耦合热拓扑优化设计方法

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浙江大学学报（工学版） 2020年第1期54卷 23-32页

作者：邓小雷盛泽枫张江林吕笑文贺忠王建臣傅建中衢州学院浙江省空气动力装备技术重点实验室浙江衢州324000 浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室浙江杭州310027 浙江永力达数控科技股份有限公司浙江衢州324000

为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法(HCAM)耦合场主轴热拓扑优化设计方法.该方法以数值传热学的相关理论为基础,用... 详细信息

为了适应复杂的几何形状,避免传统的规则矩形元胞不能均匀地覆盖设计区域的问题,实现主轴结构耦合场热拓扑优化设计,提出基于不规则元胞的混合元胞自动机法(HCAM)耦合场主轴热拓扑优化设计方法.该方法以数值传热学的相关理论为基础,用三角形元胞来替代传统的矩形元胞,并引入局部网格细化的思想,在应力集中或应变急剧变化的区域实现局部元胞细化,使得整个结构的元胞尺寸自适应变化.通过案例对比分析验证了该方法的可行性,该方法可以有效地适应复杂结构形状、减少元胞单元和有限元网格的数量以及降低元胞单元与有限元网格之间映射的难度.利用不规则元胞的HCAM对主轴结构进行不同工况下的温度-结构场耦合热拓扑优化设计研究,最终获得的热拓扑优化构形结果不仅减少了主轴结构材料,而且改善了其热态特性.

关键词：不规则元胞主轴混合元胞自动机法温度-结构场耦合拓扑优化热拓扑设计

热电耦合无线传感能量管理系统及其在精密主轴热监测中的应用

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光学精密工程 2014年第9期22卷 2389-2398页

作者：李晟姚鑫骅傅建中陈子辰杭州电子科技大学机械工程学院浙江杭州310018 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

针对无线传感器热电耦合自供能存在的输出电量低和电压波动等问题,提出一种新型能量管理系统电路拓扑结构及基于最优时间的充放电控制策略,以保证自供能无线传感器在各种主轴转速条件下稳定工作。建立了机床主轴的热网络模型,分析了热... 详细信息

针对无线传感器热电耦合自供能存在的输出电量低和电压波动等问题,提出一种新型能量管理系统电路拓扑结构及基于最优时间的充放电控制策略,以保证自供能无线传感器在各种主轴转速条件下稳定工作。建立了机床主轴的热网络模型,分析了热发电能量管理系统输入特性。然后,设计了能量管理系统的多电容电路拓扑结构,并通过电容充放电时间参数的优化计算,获取最优的热发电平均输出功率。实验研究证实了在主轴不同转速下热发电构件及能量管理系统可以使无线传感器稳定的工作。对不同的电容充电和放电时间设置方案进行了比对,验证了最优时间控制策略的优越性。最后,利用热电耦合自供能无线传感器和传统有线传感器所监测的温度数据分别进行了主轴轴向热变形建模实验,结果表明:采用无线传感器可以监测有线传感器难以配置的主轴核心部件,从而获取和主轴热变形具有更高相关性的温度数据,使所建热变形预测模型的误差减少约40%以上。

关键词：数控机床能量管理系统无线传感器主轴机床热控制

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数控机床主轴优化设计专家系统研究

农业机械学报 2016年第4期47卷 372-381页

作者：刘世豪张云顺王宏睿海南大学机电工程学院海口570228 东京大学生产技术研究所东京1538505 南京航空航天大学机电学院南京210016

为了提高数控机床的加工精度并促进制造业升级发展,对数控机床主轴优化设计专家系统进行了研究。基于当前丰富的数控机床主轴设计经验、机械动力学、优化方法和模糊逻辑理论,构造了主轴传动方式模糊优选法。以提高数控机床主轴的动静态... 详细信息

为了提高数控机床的加工精度并促进制造业升级发展,对数控机床主轴优化设计专家系统进行了研究。基于当前丰富的数控机床主轴设计经验、机械动力学、优化方法和模糊逻辑理论,构造了主轴传动方式模糊优选法。以提高数控机床主轴的动静态性能为优化目标,通过灵敏度分析法选择设计变量,建立主轴结构多目标优化设计的数学模型,并提出一种渐进优化算法用于模型求解,得到一种新的主轴结构优化设计方法。将主轴传动方式模糊优选法和主轴结构优化设计方法进行集成,从而形成一套数控机床主轴优化设计专家系统。以一种精密数控机床主轴的多目标优化设计作为应用案例,将优化设计结果与实际情况和实验结果进行对比分析,验证了所构造的数控机床主轴优化设计专家系统的可行性。

关键词：数控机床主轴模糊逻辑专家系统优化设计

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多软件环境下机床主轴智能化集成设计系统

吉林大学学报（工学版） 2011年第5期41卷 1335-1341页

作者：米良殷国富孙明楠姜华钟开英四川大学制造学院成都610065 四川普什宁江机床有限公司成都611831

针对数控机床主轴系统设计需要多个软件协同建模、智能决策与分析仿真的需要,构建了一种由用户定制模块、传动方式配置智能决策模块、优化设计模块以及设计资源中心等组成的主轴智能设计系统的体系结构。提出并实现了Solid Edge、ADAMS... 详细信息

针对数控机床主轴系统设计需要多个软件协同建模、智能决策与分析仿真的需要,构建了一种由用户定制模块、传动方式配置智能决策模块、优化设计模块以及设计资源中心等组成的主轴智能设计系统的体系结构。提出并实现了Solid Edge、ADAMS、ANSYS以及主轴智能设计系统之间的多软件协同建模、数据交换与共享的方法。论述了三维CAD建模系统、有限元分析系统以及刚-柔耦合系统之间的数据传递的实施技术。所开发的主轴智能设计系统已在数控机床企业进行了应用验证,取得了较好的应用效果,表明本文提出的方法能够有效支持在多软件环境下主轴系统的智能化设计开发工作。

关键词：机床主轴多软件协同建模智能化设计模糊决策

多约束状态下重载机械式主轴有限元建模及模态分析

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机械工程学报 2012年第3期48卷 165-173页

作者：蔡力钢马仕明赵永胜刘志峰杨文通北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

重载机械式主轴是重型数控(Computer numerical control,CNC)机床摆角铣头的关键功能部件,具有大功率、大扭矩特点,用于加工大型复杂曲面零件。其有限元建模及模态分析的准确性是主轴进一步动力学分析的基础。基于Timoshenko梁理论建立... 详细信息

重载机械式主轴是重型数控(Computer numerical control,CNC)机床摆角铣头的关键功能部件,具有大功率、大扭矩特点,用于加工大型复杂曲面零件。其有限元建模及模态分析的准确性是主轴进一步动力学分析的基础。基于Timoshenko梁理论建立重载机械式主轴的运动方程,采用有限元法得到主轴的矩阵形式的动力学方程;在有限元软件中分别以实体单元和梁单元对主轴进行有限元建模,对轴承以Combin14弹簧单元建模,并以自由模态和实际工况约束条件下进行重载机械式主轴的模态分析;根据轴承型号计算轴承的径向刚度,作为重载主轴模态分析中弹簧单元的刚度参数;进行主轴锤击模态试验,验证重载机械式主轴多约束状态下模态分析建模及仿真结果的正确性。研究表明,把主轴考虑为Timoshenko梁单元和Beam188梁单元进行主轴有限元建模和模态分析时,结果更为准确,弹簧约束梁方式更符合实际情况。研究结果为重载机械主轴系统的进一步优化设计和精度控制提供依据。

关键词：重载主轴有限元建模模态分析约束

热-力耦合效应对风电专用机床主轴振动的影响

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中国矿业大学学报 2015年第5期44卷 893-900页

作者：刘世豪张云顺陈致水廖宇兰海南大学机电工程学院海南海口570228 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 东京大学生产技术研究所日本东京1538505

针对风电专用机床的主轴在工作过程中具有同时受力与发热影响的特点,研究了热-力耦合效应对主轴振动的影响.在研究数控机床主轴工作过程中热-力耦合机理的基础上,提出通过有限元仿真和温度场实验相结合的新方法建立主轴热-力耦合振动模... 详细信息

针对风电专用机床的主轴在工作过程中具有同时受力与发热影响的特点,研究了热-力耦合效应对主轴振动的影响.在研究数控机床主轴工作过程中热-力耦合机理的基础上,提出通过有限元仿真和温度场实验相结合的新方法建立主轴热-力耦合振动模型.以一种用于风力发电机叶轮制造的数控机床为研究对象,针对所建立的主轴热-力耦合振动模型,分别进行热-力耦合振动瞬态分析和稳态分析.研究结果表明:在风电专用机床主轴达到热稳态之前,由于主轴的热能不断地转化为机械能,从而使得主轴的振幅变大,并且最大增幅可达13.47%.研究热-力耦合效应对主轴振动的影响,为数控机床主轴的多目标优化设计提供了重要的理论依据.

关键词：风电叶轮主轴振动温度场热-力耦合