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膜片联轴器振动分析及膜片疲劳分析重庆大学硕士学位论文学生姓名：冉 涌导师姓名：杜静副教授专业：机械设计及理论学科门类：工 学重庆大学机械工程学院二 OO 八年四月Vibration Analysis of Diaphragm Couplerand Fatigue Analysis of DiaphragmA Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering byRan YongSupervisor: Prof. Du JingMajor: Mechanical Design and TheoryCollege of Mechanical Engineering ofChongqing University, Chongqing, ChinaApril, 2008重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要随着科学技术的不断发展，风力发电技术在世界上得到了飞快的发展，越来越多的兆瓦级大型风力发电机组相继建成并投入运行，风电市场前景异常广阔。

膜片联轴器是风力发电机组中的重要部件，而金属膜片是膜片联轴器的关键部件，通过它来传递转矩和运动，其设计的好坏将直接影响到整个机组的正常运行和使用寿命，因此有必要在设计阶段对膜片联轴器进行振动分析和疲劳计算，为联轴器的可靠性设计提供依据本文课题研究就是在这样的背景下，应某企业的需求，对风力发电机组的膜片联轴器进行振动分析和疲劳计算本文主要进行了以下研究：①基于多体动力学理论，利用虚拟仿真软件 ADAMS 建立了膜片联轴器多刚 体虚拟样机同时在多刚体模型的基础上对膜片进行柔性化处理，建立联轴器的 刚柔耦合模型，得到了膜片的动力学响应② 根据刚柔耦合分析得到的膜片应力 — 时间历程，结合疲劳分析软件 FATIGUE 进行膜片的疲劳分析，得到了膜片的疲劳损伤图以及疲劳寿命③基于振动理论，结合有限元分析软件 PATRAN/NASTRAN，建立了膜片联轴器整机的有限元模型，通过模态分析，求出联轴器前 10 阶振型与固有频率，进而计算出联轴器的前五阶临界转速，将其工作转速与之进行了比较，验证是否会发生共振因此，本论文对膜片联轴器的分析和自主设计提供科学可靠的依据，对企业 解决联轴器振动和寿命的问题具有重要的理论意义和工程实用价值，对企业在设 计过程中减少设计缺陷，缩短开发周期，降低生产成本，快速响应用户的需求和 市场的变化，提高企业的竞争力，具有重要的理论意义和实用价值。

关键词：关键词：膜片联轴器，虚拟样机，多体动力学，疲劳，振动分析I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTWind energy technology has developed rapidly with the science and technology uninterrupted growth. In all over the world, more and more large wind turbine generators have established consecutively and brought into service. The prospect of wind energy marketplace becomes vast extraordinarily. Diaphragm coupler is the important parts of the wind turbine, diaphragm is the key components of the diaphragm coupler, through which to transfer torque and exercise, and its design will affect to the normal operation and service life. So it is necessary to make vibration and fatigue analysis in the design stage for reliability. Under this background, the project is to carry out fatigue and vibration analysis to the crucial elements of diaphragm coupler, which responds to the need of some enterprise.The main contents are following:① This paper bases on the dynamics theories and utilizes software platform of ADAMS to establish multi-rigid body system. Then, on the use of finite element software PATRAN, establish modal neutral document of diaphragm, and add it into the ADAMS to get the rigid-flexible coupling body.② According to the stress-time history results, utilizes the FATIGUE to make fatigue analysis, and obtain the life in repeats of diaphragm.③ Based on the vibration theory, combined with finite element analysis software PATRAN/NASTRAN, establish the finite element model of diaphragm coupler. Using the modal analysis to obtain the first 10 bands natural frequency of vibration. Then calculate the 10 bands critical speed, compared it with the work speed to verify whether there will be any resonance.According to the above, it provides scientific and credible basis to the analysis and self design on the diaphragm coupler, and great theoretical significance and project application to enterprises to solve safety and life problem. In addition, it settles grounded basis for improving technical level of wind generator equipment, reducing cost of wind generation, promoting market competition capacity and implementing domestic wind generator with independent intellectual property rights.Keywords: Diaphragm coupler, Virtual prototype, Multi-body dynamics, Fatigue, Vibration analysisII重庆大学硕士学位论文目录目录中文摘要中文摘要 I英文摘要英文摘要 II1 绪绪 论论 .11.1论文的选题背景论文的选题背景 .11.2膜片联轴器国内外技术现状综述膜片联轴器国内外技术现状综述 .31.3论文研究的意义和目的论文研究的意义和目的 .41.4论文的主要研究内容论文的主要研究内容 .5 2 虚拟样机技术及多体动力学建模理论基础虚拟样机技术及多体动力学建模理论基础. 72.1虚拟样机技术概述虚拟样机技术概述 .72.2多体系统动力学研究概述多体系统动力学研究概述 .92.3 ADAMS 多刚体系统动力学理论基础多刚体系统动力学理论基础 .112.3.1多体系统的组成 112.3.2多刚体坐标系统 112.3.3多刚体动力学理论 122.4多柔体系统动力学多柔体系统动力学 .152.4.1柔性体上点的位置向量、速度和加速度 152.4.2外加载荷 172.4.3多柔体系统的能量 192.4.4多柔体系统动力学方程 212.5本章小结本章小结 .213 联轴器系统动力学虚拟样机建模与仿真联轴器系统动力学虚拟样机建模与仿真 223.1多体仿真软件多体仿真软件 ADAMS 简介简介 .223.2膜片联轴器概述膜片联轴器概述 .243.2.1联轴器性能与功用 243.2.2联轴器分类 243.2.3膜片联轴器的组成结构 243.3联轴器多刚体动力学模型的建立联轴器多刚体动力学模型的建立 .253.3.1 UG 与 ADAMS 环境中的模型建立 253.3.2系统约束的确定 273.3.3施加驱动 283.3.4施加载荷力 29III重庆大学硕士学位论文目录3.4联轴器多柔联轴器多柔 体虚拟样机体虚拟样机 系统建模及系统建模及 仿真仿真 . . .3 03.4 .1膜片柔 性体文 件的建 立 . . . . . .3 03.4 .2刚柔耦 合模型 的建立 . . . . . .3 23.4 .3刚柔耦 合模型 动力学 仿真 . . . . . .3 43.5本章小结本章小结 . . . . .3 44 联轴器膜片疲劳分析联轴器膜片疲劳分析 .3 54.1模态应力法模态应力法 . . . . .3 54.2疲劳分析方疲劳分析方 法简介法简介 . . . .3 6.4.3疲劳累积损疲劳累积损 伤理论伤理论 . . . . .3 64.3 .1概述 . . . . . . . .3 6 4.3.2 Miner 法则、修正 Miner 法则 和相对 Miner 法则 . . .3 74.4膜片的疲劳膜片的疲劳 分析分析 . . . . .3 84.4 .1疲劳分 析的建 模 . . . . . .3 84.4 .2疲劳分 析结果 . . . . . . . .3 94.5本章小结本章小结 . . . . .4 05 膜片联轴器有限元模型及模态分析膜片联轴器有限元模型及模态分析 .4 15.1回转体临界回转体临界 转速转速 . . . . .4 15.2联轴器有限联轴器有限 元模型元模型 . . . . .4 15.2 .1联轴器 有限元 模型的 建立 . . . . . .4 25.2 .2材料属 性 . . . . . . . .4 35.2 .3边界条 件 . . . . . . . .4 45.3膜片联轴器膜片联轴器 的有限元模的有限元模 态分析态分析 . . .4 45.3 .1模态分 析的基 本原理 . . . . .4 4.5.3 .2膜片联 轴器的 有限元 模态计 算 . . . . . .4 65.3 .3模态结 果分析 . . . . . . . .4 95.4本章小结本章小结 . . . . .5 06 结论与展望结论与展望 5 16.1主要结论主要结论 . . . . .5 16.2 后续研究工作展望后续研究工作展望 5 1致致。