在“双碳”目标驱动下，风电行业正加速向深远海与大型化迈进。然而，面对极端海洋环境、高昂的运维成本及严苛的安全标准，传统被动式维护已无法满足现代化企业需求。

如何突破技术瓶颈，实现从“被动抢修”到“预测性干预”的跨越？CAE仿真分析正成为破局关键，我们元王仿真将分享风电行业CAE仿真分析解决方案。

对于风力发电机组构件，其能够进行的仿真分析主要有：

• 风机机舱底座及其附属部分的模态、屈曲稳定、强度、疲劳等分析；

• 齿轮箱及其组成构件在不同工况下CAE分析；

• 轮毂及其主轴在不同工况下分析包括强度以及疲劳分析等；

• 风机叶片分析、设计优化等；

• 风机螺栓连接部位不同工况下极限强度、疲劳强度等分析；

• ......

更多风电仿真分析需求，可以咨询我们元王仿真，我们将会根据企业实际需求，提供针对性的行业解决方案。

以下是一些风电行业的应用实例，仅展示部分，对于风电行业仿真分析，我们有着丰富的项目经验。

①风机机舱底座

机舱底座及其附属部分模型

整体应力结果，机舱底座应力分析

变形结果

疲劳荷载下的焊缝变形

风机机舱底座的静力和疲劳分析。风机的机舱座用于支撑主轴承箱以及其它的部分例如液压传动部分和主变速箱。主轴焊接在框架结构的前部，采用CAE软件来分析风机机舱底座同其他构件在焊接部位的疲劳特性以及在极值荷载下的风机机舱底座变形和验证其极限强度。

②齿轮箱及其零部件的设计验证分析

风电系统的失效率12%来自齿轮箱的失效，大约是工业齿轮箱平均失效几率的两倍。齿轮箱的失效是导致故障时间、维修和产量减少的主要原因，一般其损失要占风电设备总价的15%~20%。其中齿轮和轴承误差对于失效的影响最大，上图为是做分析应力云图。

③风机叶片设计分析

叶片的静力，动力以及模态分析。

④发电机主轴极限强度分析

某2.0MW直驱发电机由转轴、定轴及转子支架等部分组成。我们对齐进行主轴极限强度分析。

极限强度分析

设x,y,z坐标系满足GL2010认证规范的轮毂坐标系要求[11]，以FX_min工况为例，它表示在所有计算工况中，施加载荷部位的x方向的代数值最小，其他工况以此类推。各极限工况下主要部件的最大应力值如表1所示。

表1、不同极限工况下主要部件最大应力结果统计（单位：MPa）

根据GL2010认证规范，选择材料局部安全系数。发电机转轴和定轴材料为铸钢，屈服极限值随结构尺寸增大而减小，这里取值为300MPa。转子支架为锻件，屈服极限值取为235MPa。各极限工况下转轴、定轴及转子支架的安全系数如表2所示。

转子支架的加强筋上设置的圆孔成为该结构的薄弱环节。由表2可知，转矩是造成结构高应力的主要原因，最大应力值发生在Mz_min工况下，应力值为246.0MPa，大于材料的屈服强度235MPa，转子支架的安全系数小于1，不满足结构强度设计要求。

转子支架结构改进

发电机转子支架不满足结构强度设计要求，故需进行结构优化以满足设计要求。加厚加强筋轮毂侧厚度，由现在的17mm加厚至40mm。只考察转子支架在不同极限工况下应力大小及分布情况。

表3、不同极限工况下转子支架分析结果 

在转子支架加强筋加厚的条件下，转子支架所受的最大应力小于材料屈服强度，结构安全系数大于1，初步满足发电机部件极限强度设计要求。

发电机部件的疲劳强度

在风电机组零部件结构疲劳强度校核中，通常基于热点(hotspot)法计算疲劳损伤，由于极限工况下的最大应力值点未必是最大累积损伤点，逐点计算难以确定结构的最大损伤位置，从而难以对疲劳分析结果做出合理评价。如图所示的部件的累积损伤分布图。

发电机部件的疲劳损伤分布云图

以上为部分仿真分析项目案例，如需了解更多，可以咨询我们元王仿真。

CAE仿真分析正在将工程决策从“估”变为“算”，它不仅仅是一套软件工具，更是一种工程思维的变革。

在风电行业迈向平价上网、深远海开发的深水区，谁能更早地掌握数字化的钥匙，谁就能在不确定性中找到确定的未来。对于风电企业而言，利用CAE仿真分析，就是提升企业竞争力和产品迭代研发速度。