一种风力发电机组部件有限元仿真网格划分优化方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体的说，本发明涉及一种风力发电机组部件有限元仿真网格划分优化方法。

背景技术

风力发电机组是一种大型的机械系统，为了使设计的风力发电机组具有良好的可靠性，在风力发电机组设计阶段，需要根据设计载荷使用有限元分析方法对风机的各个部件的结构进行强度分析。其中轴承座和底座是风力发电机组中的重要部件，起着支撑轴系正常运转、控制偏航、支撑机舱内平台及机舱罩的重要作用。轴承座及底座的受力非常大，需要保证在20年的寿命期间内不发生失效，轴承座、底座的结构性能的好坏对整个机组运行的可靠性影响巨大。因此，对轴承座、底座的机械性能要求极高。

使用有限元分析方法对风机的轴承座、底座等进行强度分析的时候，需要先进行网格划分。目前现有有限元分析过程中，由于轴承座、底座存在螺栓螺纹孔等小特征，在划分网格时，这些地方划分六面体网格时容易报错，所以在对轴承座、底座进行网格划分时，主要使用四面体网格进行网格划分。但是使用四面体网格进行网格划分存在网格节点、单元较多，计算收敛速度慢，导致求解时间较长，对计算机硬件需求较高的问题，同时存在网格质量难以控制，计算结果不精确的问题。

发明内容

为了对轴承座、底座更好地进行有限元强度分析，提高有限元分析的效率和准确性，从而提升风力发电机组整体设计的效率、缩短研发周期及提高设计的真实可靠性，本发明提出一种适用于风力发电机组轴承座、底座等部件有限元强度计算时针对网格划分的一种优化方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种风力发电机组部件有限元仿真网格划分优化方法，包括步骤如下：

步骤S1，针对拟进行有限元强度计算优化的风力发电机组部件建立三维几何模型；

所述的步骤S1中，所述的风力发电机组部件是指轴承座或底座。

步骤S2，将步骤S1的三维几何模型导入有限元计算软件中；

所述的步骤S2中，所述的有限元计算软件为ansys designmodeler软件、或者spaceclaim

软件、或者discovery软件中的一种。

步骤S3，判断三维几何模型中是否存在明显形变位置；

其中，明显形变是指部件的尖锐位置、或该位置尺寸特征与部件整体网格大小尺寸相比小于两倍的整体网格尺寸大小的位置、或者模型表面存在锐角的位置情况的一种；

是，则进入步骤S4，否，则进入步骤S5；

步骤S4，对三维几何模型中明显形变位置处进行分割处理，后期网格额划分时使用四面体网格划分，将分割得到的一个部件的不同部分，再合并为一个部件；

步骤S5，；

判断：部件的一部分区域是否需要特殊处理的部分，需要特殊处理的网格，比如螺纹区域划分网格时需要使用规则的环形六面体网格划分，而该部件的其它区域不需要殊处理的网格；

是，则进入步骤S6，否，则进入步骤S7；

步骤S6，将需要特殊处理的区域分割出来，对特殊处理的部分与其它区域之间，单独分割出一块区域用于连接两部分，进行中间过渡，划分网格时使用四面体网格划分，再将分割得到的所有部分合并成一个部件；

步骤S7，网格划分；

导入mechanical软件中进行网格划分，主体部分使用六面体网格划分，其余部分使用相应的网格划分方法划分网格

步骤S8，判断网格是否划分成功，若是，则网格划分优化结束；若否，则进入步骤S9；

步骤S9，查找网格划分失败的点或者区域；

步骤S10，返回步骤S2的有限元计算软件中；

步骤S11，对包含网格划分失败的位置及周边区域，采取步骤S4的方法进行分割处理，再将分割得到的所有部分合并成一个部件后，返回步骤S7，直至全部网格划分成功。

本发明的有益效果是：

本发明的优点是针对风力发电机组的轴承座、底座等部件进行有限元强度分析网格划分时，尽可能多的使用六面体网格进行网格划分，从而可以显著减少模型网格节点数及单元数，减小网格模型大小，从而降低对计算机硬件的要求，提高计算速度；同时由于六面体网格收敛速度比四面体网格收敛速度快，进一步提高计算速度；同时还可以提高网格质量，方便网格控制，提高计算精度的同时进一步提高计算速度。

附图说明

图1为本发明的风力发电机组轴承座、底座等部件的有限元仿真网格优化流程图；

图2为本发明的风力发电机组底座部件三维模型螺纹周围区域切分示意图；

图3为本发明的风力发电机组底座部件三维模型螺纹周围区域切分之后所生成的网格示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本实施例以风力发电机组的底座为例，对本发明进行详细说明如下：

一种风力发电机组部件有限元仿真网格划分优化方法，包括步骤如下：

步骤S1，针对拟进行有限元强度计算优化的风力发电机组部件建立三维几何模型；

本实施例采用的底座1。

步骤S2，将步骤S1处理好的底座1的三维几何模型导入有限元计算软件中；

所述的步骤S2中，所述的有限元计算软件为ansys designmodeler软件、或者spaceclaim

软件、或者discovery软件中的一种。

步骤S3，判断三维几何模型中是否存在明显形变位置；

其中，明显形变是指部件的尖锐位置、或该位置尺寸特征与部件整体网格大小尺寸相比小于两倍的整体网格尺寸大小的位置、或者模型表面存在锐角的位置情况的一种；

是，则进入步骤S4，否，则进入步骤S5；

步骤S4，对三维几何模型中明显形变位置处进行分割处理，将分割得到的一个部件的不同部分，再合并为一个部件；

步骤S5，；

判断：部件的一部分区域是否需要特殊处理的部分，需要特殊处理的网格，比如螺纹区域划分网格时需要使用规则的环形六面体网格划分，而该部件的其它区域不需要殊处理的网格；

具体到本实施例中，判定螺纹部分为需要特殊处理区域。

是，则进入步骤S6，否，则进入步骤S7；

具体到本实施例中，进入步骤S6；

步骤S6，将需要特殊处理的区域分割出来，对特殊处理的部分与其它区域之间，单独分割出一块区域用于连接两部分，进行中间过渡，划分网格时使用四面体网格划分，再将分割得到的所有部分合并成一个部件；

具体到本实施例中，将螺纹部分单独切割处理。

本实施例中，如附图2所示出的，中间过渡为底座切分过渡区域2；

步骤S7，网格划分；

导入mechanical软件中进行网格划分，主体部分使用六面体网格划分，其余部分使用相应的网格划分方法划分网格

具体到本实施例中，采用环形六面体网格划分绘制螺纹处网格，绘制完螺纹网格之后，再使用四面体网格绘制中间切分过渡区域整体底座网格，最后底座1整体网格使用六面体网格划分。

步骤S8，判断网格是否划分成功，若是，则网格划分优化结束；若否，则进入步骤S9；

底座1整体网格使用六面体网格划分，划分时会提示无法绘制六面体网格，

步骤S9，查找网格划分失败的点或者区域；

查看详细信息时会发现螺纹周围区域提示错误，无法绘制六面体网格，

步骤S10，返回步骤S2的有限元计算软件中；

返回ansys designmodeler(或者spaceclaim或者discovery)中；

步骤S11，对包含网格划分失败的位置及周边区域，采取步骤S4的方法进行分割处理，再将分割得到的所有部分合并成一个部件后，返回步骤S7，直至全部网格划分成功。

将底座1螺纹区域周围的区域再单独切分出来，然后再分开绘制网格如图2所示，螺纹区域使用六面体网格，单独切分的区域使用四面体网格划分，剩余的底座区域依然使用六面体网格划分，即可划分出完整网格。如图3所示，保证了底座主体区域网格为六面体网格，即为附图3中的底座主题六面体网格划分区域4，螺纹特殊处理区3为需要的六面体网格划分的特殊处理区域6，仅有螺纹周围小部分区域为采用四面体网格划分的四面体网格划分的过渡区域5。

采用上述流程进行的划分，显著减少底座模型网格节点数及单元数，减小底座网格模型大小，从而降低对计算机硬件的要求，提高计算速度；同时由于六面体网格收敛速度比四面体网格收敛速度快，进一步提高计算速度；同时还可以提高网格质量，方便网格控制，提高计算精度的同时进一步提高计算速度。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。