至德钢业大口径薄壁不锈钢管屈曲分析

浙江至德钢业有限公司研究采用的薄壁不锈钢管最大直径为1m，最薄厚度为8mm，径厚比达到250。该研究在计算中首次采用德国GL相关规范，在不同工况下承受拉、压、弯、剪、扭等载荷的联合作用下，进行大口径薄壁不锈钢管屈曲稳定性分析。该理论为大直径薄壁圆管的截面确定提供了准确快捷的计算方法，该设计方法适用于大管径薄壳结构设计。

 大口径薄壁不锈钢管主要应用于风力发电塔筒，常见的水平轴风力发电设备支撑塔筒是压弯构件，而大型垂直轴风力发电塔筒既是支撑构件又是旋转构件，受力较水平轴支撑塔筒更加复杂。与小型垂直轴风机相比，大型垂直轴风机水平撑与主轴和叶片之间的连接形式由固接优化为铰接，主轴作为主要的承载机构，采用钢制圆管结构，属于大直径薄壁圆管，工作状态为旋转。国内已有学者研究大口径薄壁不锈钢管在轴向力单独作用和压、弯联合作用下的强度、稳定性分析，但尚未对旋转状态下的大直径薄壁圆管进行分析。本文研究旋转状态下的风机主轴在压、弯、剪、扭的共同作用下的屈曲分析。

 本文研究所有可能的载荷情况，对大口径薄壁不锈钢管的屈曲稳定性进行了分析。在分析中，首次应用德国劳氏船级社GL规范中的计算方法，全面考虑荷载的综合作用和主轴建造误差等因素，使得计算结果更加可靠，为类似大直径薄壁圆管设计提供了理论依据和设计思路。与水平轴风机相比，垂直轴风机主轴是垂直轴风机最重要的机构部分，其主轴上部与固定拉索结构连接，下部与地面基础通过轴承连接，是2层水平撑和3个叶片的支撑机构，作为整个风机的“骨架”，其旋转稳定性是风机正常运行的必要保证，因此主轴的强度、稳定性是风机设计至关重要的环节。某垂直轴风机主轴高达114 m，最大直径4 m，而其圆管厚度为16 mm，径厚比为250，远大于100，属于大管径薄壁壳体结构，其局部缺陷、非弹性效应、大变形及屈曲等因素的存在，导致其最终是由屈曲稳定控制。

 本文将研究该类型大口径薄壁不锈钢管的屈曲。大型垂直轴风机主轴如图，三维模型图如图所示。本次分析首次应用了德国GL标准推荐的办法，对大口径薄壁不锈钢管结构的主轴在荷载的综合作用下进行理论计算，得到了满意的结果，为设计和优化设计提供准确的理论依据。该理论为大直径薄壁圆管的截面确定提供了准确快捷的计算方法，该设计方法适用于大管径薄壳结构设计。