盧念

采埃孚（天津）風(fēng)電有限公司 天津 300402

1 塔筒壓桿穩(wěn)定性理論分析

1.1 模型描述

根據(jù)塔筒實(shí)際模型，我們先假定塔筒為一細(xì)長桿，可以用下式來描述不同約束條件下細(xì)長壓桿的臨界力[1-2]：

其中，截面慣性矩I應(yīng)取其最小值Imin；E為材料彈性模量；μ為長度因數(shù)，它反映了桿端約束條件對臨界力的影響，本模型為一端固定，一端自由，取μ=2； 為桿長度，即計(jì)算塔筒高度。

1.2 計(jì)算過程

（1）截面慣性矩I的計(jì)算：

表1 塔筒截面慣性矩計(jì)算數(shù)據(jù)

塔筒為圓環(huán)形，截面慣性矩計(jì)算公式[3]：

計(jì)算結(jié)果為：

表2 塔筒截面慣性矩計(jì)算結(jié)果

（2）臨界壓力Fcr的計(jì)算：

運(yùn)用公式（1）可直接得到塔筒的臨界壓力，結(jié)果如下：

表3 塔筒臨界壓力計(jì)算

（3）慣性半徑的計(jì)算：

其中I為慣性矩，A為截面積，得到塔筒的慣性半徑如表4所示：

2 塔筒屈曲有限元分析

2.1 模型描述

表4 塔筒截面慣性半徑計(jì)算

整體靜強(qiáng)度分析采用的模型為：塔筒筒體按圖紙尺寸建模并考慮焊縫。塔筒筒體頂端截面中心處加一個無質(zhì)量點(diǎn)，坐標(biāo)為（0，0，66．15），用無質(zhì)量梁連接到塔筒頂端外圈節(jié)點(diǎn)上，筒體上對門框和門洞進(jìn)行建模，門框和塔筒壁的關(guān)系為粘接（GLUE）關(guān)系，模型網(wǎng)格均為六面體網(wǎng)格，沿塔筒壁厚方向劃分兩層單元，總單元數(shù)為28851個，總節(jié)點(diǎn)數(shù)為157151個。整體模型如圖1所示。

圖1 屈曲分析模型

模型采用的單元形式和材料常數(shù)設(shè)置如表5：

表5 塔筒屈曲計(jì)算模型中使用的單元形式和材料常數(shù)

2.2 加載方式

對塔筒頂端截面中心無質(zhì)量點(diǎn)加載：Fz=-1N。

2.3 邊界條件

塔筒底面全約束。

2.4 模型簡化說明

模型中未考慮法蘭、螺栓及其質(zhì)量。

2.5 模型中使用的坐標(biāo)系

計(jì)算中采用X-Y-Z右手坐標(biāo)系的笛卡兒坐標(biāo)。

2.6 屈曲計(jì)算結(jié)果

有限元軟件輸出的結(jié)果如下：

＊＊＊＊ INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE ＊＊＊＊＊

SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE

1 0．30585E+08 1 1 1

所加載荷是單位載荷，所以計(jì)算得到的一階屈曲特征值就是屈曲臨界載荷，即Fcr=30585kN，可以看出有限元計(jì)算的結(jié)果在理論計(jì)算的范圍內(nèi)，說明計(jì)算結(jié)果是可信的。

總之，屈曲荷載屬于完善結(jié)構(gòu)的分叉失穩(wěn)荷載，實(shí)際結(jié)構(gòu)由于缺陷的影響失穩(wěn)模式通常是極值點(diǎn)失穩(wěn)，其極限荷載較屈曲荷載明顯降低。為了得到更接近實(shí)際的失穩(wěn)荷載，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮結(jié)構(gòu)非、材料塑性以及初始缺陷影響的屈曲分析。針對筒殼結(jié)構(gòu)對缺陷敏感的特性，本文采用考慮結(jié)構(gòu)初始缺陷的屈曲分析方法，將屈曲分析得到的屈曲模態(tài)按實(shí)際的缺陷大小限值歸一化后作為塔筒結(jié)構(gòu)的初始缺陷，并采用弧長法求解塔筒結(jié)構(gòu)的荷載位移曲線，從而獲得實(shí)際結(jié)構(gòu)屈曲時的臨界荷載。