至德鋼業大口徑薄壁不銹鋼管屈曲分析

浙江至德鋼業有限公司研究采用的薄壁不銹鋼管最大直徑為1m，最薄厚度為8mm，徑厚比達到250。該研究在計算中首次采用德國GL相關規范，在不同工況下承受拉、壓、彎、剪、扭等載荷的聯合作用下，進行大口徑薄壁不銹鋼管屈曲穩定性分析。該理論為大直徑薄壁圓管的截面確定提供了準確快捷的計算方法，該設計方法適用于大管徑薄殼結構設計。

 大口徑薄壁不銹鋼管主要應用于風力發電塔筒，常見的水平軸風力發電設備支撐塔筒是壓彎構件，而大型垂直軸風力發電塔筒既是支撐構件又是旋轉構件，受力較水平軸支撐塔筒更加復雜。與小型垂直軸風機相比，大型垂直軸風機水平撐與主軸和葉片之間的連接形式由固接優化為鉸接，主軸作為主要的承載機構，采用鋼制圓管結構，屬于大直徑薄壁圓管，工作狀態為旋轉。國內已有學者研究大口徑薄壁不銹鋼管在軸向力單獨作用和壓、彎聯合作用下的強度、穩定性分析，但尚未對旋轉狀態下的大直徑薄壁圓管進行分析。本文研究旋轉狀態下的風機主軸在壓、彎、剪、扭的共同作用下的屈曲分析。

 本文研究所有可能的載荷情況，對大口徑薄壁不銹鋼管的屈曲穩定性進行了分析。在分析中，首次應用德國勞氏船級社GL規范中的計算方法，全面考慮荷載的綜合作用和主軸建造誤差等因素，使得計算結果更加可靠，為類似大直徑薄壁圓管設計提供了理論依據和設計思路。與水平軸風機相比，垂直軸風機主軸是垂直軸風機最重要的機構部分，其主軸上部與固定拉索結構連接，下部與地面基礎通過軸承連接，是2層水平撐和3個葉片的支撐機構，作為整個風機的“骨架”，其旋轉穩定性是風機正常運行的必要保證，因此主軸的強度、穩定性是風機設計至關重要的環節。某垂直軸風機主軸高達114 m，最大直徑4 m，而其圓管厚度為16 mm，徑厚比為250，遠大于100，屬于大管徑薄壁殼體結構，其局部缺陷、非彈性效應、大變形及屈曲等因素的存在，導致其最終是由屈曲穩定控制。

 本文將研究該類型大口徑薄壁不銹鋼管的屈曲。大型垂直軸風機主軸如圖，三維模型圖如圖所示。本次分析首次應用了德國GL標準推薦的辦法，對大口徑薄壁不銹鋼管結構的主軸在荷載的綜合作用下進行理論計算，得到了滿意的結果，為設計和優化設計提供準確的理論依據。該理論為大直徑薄壁圓管的截面確定提供了準確快捷的計算方法，該設計方法適用于大管徑薄殼結構設計。