风力发电机是将风能转换为电能的动力机械，利用的是自然能源。风力发电广泛应用于乡村供电、野外住宅或企业、街道照明、电信基站、监控站、离崖平台供电等。风力发电机组的研究，涉及到空气动力学、计算机自动控制、土木工程，以及机械设计、制造等多个学科领域。塔架是风力发电机组的重要构件，除塔筒外还有平台、爬梯、门洞、法兰等附属设备。为了便于对塔架进行有限元分析，需要将塔架结构进行适当的简化，忽略其附属设备的影响，在保证满足工程精度的前提下减少计算量。
本文首先运用有限元软件ANSYS对塔架建立有限元模型，并在三种工况下对塔架模型的受力进行非线性静强度分析，得到了影响塔架结构计算的重要因素。
      风力发电机组塔架的实际结构形式多为锥筒式钢塔架，塔架高为67.8 m，顶部外径为26m，底部外径为3.8 m，钢筒厚度为22 mm。考虑模型的非线性，有限元模型采用三维实体模型。为了简化计算，可将塔架视为悬臂梁，如图所示。图中外部荷载施加在塔架顶部，距离基础的高度为H。塔架材料为Q235钢，其材料的弹性模量E为206x e3MPa，泊松比为0.3，材料密度P为7.85xe3kg/m3。塔架坐标系建立在塔架与机舱连接面处，用来描述塔架所承受的作用力。塔架主要承受空气的气动推力，叶轮质量不平衡而引起的偏转力，垂直力和转矩、风速分布不均匀而引起的俯仰力矩、重力引起的弯矩。塔架的受力分析见图。
      静强度分析时将荷载简化为静载，施加在塔架顶部中心，如图所示。由于塔架模型顶部平面中心没有节点，施加的荷载无法传递到锥形筒，需建立等效的荷载传递方式。塔架顶部中心荷载见表。由于风力发电机塔架与基础固连，在进行静强度分析时，可以对塔底施加全约束，即约束塔底所有节点的全部自由度。塔架采用shell181单元进行非线性有限元模拟，图为塔架网格划分后的模型，钢材的应力一应变关系曲线按理想弹塑性模型选取。为了将荷载等效地施加到塔顶中心，本文的具体做法是：使用MPC184单元，在构件中心部位建立一个节点，与其他受力节点分别形成多根刚性梁连接，从而形成刚性面。最后直接将荷载加到中心节点上，通过刚性梁来传递荷载，详见图。ANSYS非线性有限元分析结果显示，在工况1、工况2、工况3作用下，塔架最大应力都发生在塔底处，分别为23.313 MPa，33.608 MPa，15.703 MPa，沿高度方向各水平截面最大应力由下至上逐渐减小。塔架在各种工况下的等效应力云图见图。钢塔架在各种工况下的位移见表。塔架在三种工况下，沿高度方向位移随着高度的增加而增大，最大位移发生在塔架顶部，在工况1、工况2、工况3的荷载作用下，塔架最大位移分别为61.183 mm、81.538 mm、35.255 mm。
      (1)分析计算结果表明，在三种工况下塔架的危险截面均为塔筒底部，因此在进行风力发电机塔架设计时，应以塔筒底部最大应力作为塔架强度计算的依据。(2)计算结果表明，在各种工况下，塔架最大位移均出现在塔筒顶端，因此应将塔筒顶端的位移作为塔架刚度计算的依据。(3)在三种工况中，切出风速工况对塔架的应力与位移的影响最大，因此设计时要重点考虑切出风速工况下的荷载对塔筒结构的影响。(4)工况2的水平荷载Fx较工况1和工况3要大得多，因此，作用在塔架顶部，与塔筒轴线垂直，水平方向的风荷载Fx是影响锥筒钢塔架强度的主要因素。

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