Simsolid在风电轮毂设计中的初步应用

简介：据介绍，Simsolid能快速而高仿真精度地仿真与模拟产品性能，加快产品设计决策。现将其应用于风电机组的轮毂初步设计中，并研究不同接触面分辨率和预紧螺栓对计算结果的影响。

1.计算对象

研究对象如下图，计算某机组轮毂在极限载荷作用下的结构变形和等效应力分布，进而初步判断是否满足强度要求。

2.模型建立

首先在Solidworks建立装配模型，然后导入Simsolid，新建并定义各部件的材料属性。首先不考虑螺栓的预紧作用，轮毂和变桨轴承外圈及主轴之间的接触设置为bond，螺栓、螺母、垫片和各部件间的接触，均采用自动生成。

外载荷通过Remote load施加，远端面选取变桨轴承的端面，并加载于轮毂中心。在主轴端部施加固定约束。然后使用Simsolid计算，很快得到计算结果。

通过以上极限工况计算可知，轮毂的等效应力最大值为162.35Mpa，未超过其材料的许用应力，因此初步设计满足要求。

3.螺栓预紧分析

轮毂和主轴的接触面分辨率设置为High，并将其接触面设置为separating,如下图所示。

根据VDI2230计算，M30高强螺栓的预紧力设为244kN。因Simsolid暂时不支持多工况结果继承，故将螺栓预紧工况和Load Case1的载荷同时加载于模型。求解选为Separating contact。计算结果显示轮毂和主轴接合面出现了较大的张口，这与实际情况时不符合的，目前未找出错误原因。

4.接触面比较

在螺栓预紧工况的基础上，将轮毂和主轴接触面分辨率设置为Normal，其他加载保持不变，计算结果见下图。轮毂和主轴的接合面仍出现了大面积的张口，与实际情况不符合。

相比之下，接触面分辨率降低后，计算结果与之前出现了较大的差异，但该模型的非线性计算结果本身就不稳定，因此我认为不具有比较性。

4.总结

通过以上计算，总结如下：

1）Simsolid在风电机组零部件的初步设计中具有明显的优势，与常规的有限元相比，Simsolid不需要繁琐的几何清理和长时间的网格划分，就能快速得到初步仿真结果。

2）软件自动化程度很高，自动生成接触对，效率高。

3）软件操作界面简单，易学易上手。

4）Simsolid目前还不能实现工况继承，文中案例应该先施加预紧力，计算完成后再加外载荷计算。

5)  对于初步线性计算，Simsolid的结果比较合理。但涉及到螺栓组时，分析得到的结果并不合理，而且接触面分辨率高低对结果影响差异很大，与实际也不相符合。本人水平有限，暂时还没研究出正确的解决方法~

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