實驗臺的幾何模型如圖2 所示,將鋼板安裝在鋼筋混凝土實驗臺臺面端,并由四邊共80 個螺桿進行緊固。在鋼板上安裝環形法蘭,用于固定葉片根端。法蘭具體尺寸見圖1(b) 法蘭示意圖。幾何模型建立完成后,定義實驗臺各個部件的材料性能和單元類型,劃分網格形成有限元分析模型( 圖3)。

3.2 有限元分析
實驗臺各個部件之間相互接觸,而且每個螺桿上施加了預緊力,因此實驗臺采用有預應力功能的非線性接觸分析。首先對實驗臺有限元模型進行處理,在實驗臺各個部件:鋼筋混凝土臺、鋼板、法蘭以及螺桿的相互接觸面上增加一層接觸單元,并定義識別接觸對及接觸行為的類型,同時對每個螺桿單元定義預應力功能。對于5MW 實驗臺,每個螺桿的預應力為30 噸,與法蘭連接的葉片根端產生的最大彎矩值為20,000kNm。因此在每個螺桿單元上設置30 噸的預應力,在環形法蘭外側施加20,000kNm的外力矩,實驗臺鋼筋混凝土基底上施加全約束固定,進行實驗臺的有限元計算,求解螺桿和法蘭內的應力應變及變形位移,從而對實驗臺所用的螺桿及法蘭進行強度校核。

3.2.1 螺桿應力。如圖4 所示,螺桿兩端出現應力集中現象,最大值為318.7MPa , 最小值為189MPa。