介观尺度下风电齿轮的疲劳损伤演化机理

O346.5; 为了全面解析风电齿轮的疲劳损伤演化机理,以某1.5 MW风力发电机高速级齿轮为研究对象,基于Voronoi图与多晶体组织的几何相似性,建立介观尺度下的齿面模型,采用内聚力单元模拟晶界对基体的割裂作用,引入双线性分离曲线作为评判损伤的依据.采用周期跳跃的加载方式模拟齿面接触载荷的循环累积效应,仿真预测接触疲劳裂纹的萌生位置及其疲劳寿命,并探讨风速变化和齿面间摩擦因数对疲劳裂纹演化的影响.结果表明,齿轮在疲劳损伤初期的演化速率较慢,随着损伤量的不断累积,其损伤速率逐渐加快.针对研究对象,在距齿面深度0.13、0.27 mm处最先出现裂纹,并伴随接触应力的循环加载逐渐扩展,最终于齿面...

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Published in北京工业大学学报 Vol. 48; no. 9; pp. 907 - 919
Main Authors 张建宇, 杨灿, 张侣倛
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 先进制造技术北京市重点实验室, 北京 100124 01.09.2022
北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心, 北京 100124%聚光科技(杭州)股份有限公司, 杭州 310052
Subjects
介观尺度
移动载荷
裂纹萌生
风力机
高速级齿轮
疲劳寿命
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ISSN0254-0037
DOI10.11936/bjutxb2021020012

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Summary:O346.5; 为了全面解析风电齿轮的疲劳损伤演化机理,以某1.5 MW风力发电机高速级齿轮为研究对象,基于Voronoi图与多晶体组织的几何相似性,建立介观尺度下的齿面模型,采用内聚力单元模拟晶界对基体的割裂作用,引入双线性分离曲线作为评判损伤的依据.采用周期跳跃的加载方式模拟齿面接触载荷的循环累积效应,仿真预测接触疲劳裂纹的萌生位置及其疲劳寿命,并探讨风速变化和齿面间摩擦因数对疲劳裂纹演化的影响.结果表明,齿轮在疲劳损伤初期的演化速率较慢,随着损伤量的不断累积,其损伤速率逐渐加快.针对研究对象,在距齿面深度0.13、0.27 mm处最先出现裂纹,并伴随接触应力的循环加载逐渐扩展,最终于齿面形成典型的剥落破坏.此外,通过对比分析还可以发现,高风速和齿间润滑不良均显著降低齿轮的寿命.
ISSN:0254-0037
DOI:10.11936/bjutxb2021020012