MATLAB风电机组机械系统疲劳寿命分析(2)
1.2 风电发展概况
1.2.1 我国风电发展概况
我国在长期的风电发展中逐步成为全球风电装机容量及并网容量最大的国家，在经过一段高速发展的时期以后，已经步入稳健发展期。并且已经具备了兆瓦级风电机组的设计和生产能力，随着生产规模化，研究成本、材料成本以及生产加工成本的下降，我国将形成一个完备的风电机组设备制造及配件生产链，并逐步拉近与风电生产大国的差距。
截止到2014年6月底，我国风力发电总并网量达到八千多万千瓦，占全国电力装机总容量的将近7%，超过核电成为我国除火力发电和水力发电外的第三大主要电力来源。随着国家政策的进一步深化，风力发电将迎来更加猛烈的发展，相关调查显示，预计到2020年，我国用于风电的投资额将高达9000亿元。
1.2.2 世界风电发展概况
世界风电从19世纪70年代开始发展，美国等西方发达国家积极寻找能够替代化石能源的新兴能源。并投入大量资金人力进行研制，于80年代建成示范电场，并在之后的20余年里成为世界上发展最快的新能源。据全球风能理事会预计，到2020年，全球风力发电规模将增加至近700GW左右，比目前规模的增加约80%。随着陆上风电发展遭受场地的限制以及对海上风资源的向往，世界正在将风电发展的重心向海上风电转移，欧洲是海上风电发展的龙头区域，其中仅英国就占到世界总装机容量的一半以上。海上风电机组和陆上风电机组的主要差异在于基础部分。为了能够承受海上的恶劣环境，海上风电机组的基础需要远比陆上的技术更难、结构更复杂、成本更高。
1.3 选题意义
风电机组一般建于风资源丰富地带，且安装高度可达数十米，正由于其所处的环境及运行规律，造成机组结构容易出现损伤，尤其是风电机组的齿轮箱，安装在离地面或水平面几十米到百来米的地方，是风电机组最为薄弱的环节之一，且其成本较大，约占风电机组成本的18%，因此，风电机组齿轮箱的疲劳分析受到了众多关注，由于机组齿轮箱安装高度的限制，要求齿轮箱在设计时达到一定的寿命强度，并且还要尽量减少文修次数以降低文护成本，通常要求风电机组齿轮箱的设计寿命达到20年，因此相对于其它用途的齿轮箱来说，对其可靠性要求可以说是非常苛刻严格[2]。因此在设计阶段，对齿轮运行进行一定的模拟，对其可能存在的失效情况进行分析，做出其寿命预测是很有必要的。
1.3.1 风电齿轮箱疲劳寿命分析现状
据统计，在所有的机械破坏中有50％至90％都为疲劳损坏，特别是现今机械零件越来越大型化、复杂化，其所处高温环境、高速使用环境的复杂变化而使随机破坏几率增加，疲劳损伤更是多种多样，因此齿轮疲劳损伤问题的研究受到广泛关注，其中最为突出的便是疲劳寿命的分析预测。
疲劳寿命可定义为疲劳损伤出现时的所经历的载荷循环数，或者可以认为是从受载到发生疲劳损伤所经历的时间。疲劳寿命分析预测一直是工程及科研界的难题，首先从疲劳寿命分析理论的选择上就是各有优缺点，再就是计算疲劳寿命时还必须要有相对可靠的载荷谱，以及能够反映材料本身特性的SN曲线，并且还要考虑各类能够影响疲劳寿命的因素，甚至这些因素我们并不知道有多少，影响有多大。
19世纪40年代，德国科学家沃勒用旋转疲劳试验机对疲劳损伤现象进行了具体化的探索，并且提出S-N曲线以及疲劳限度等概念，为疲劳损伤的经典理论打下坚实基础。后来，科学家们又借助金相显微镜去了解金属的显微构造，发现了损伤发生的过程可大致分成3个步骤：1.裂纹的形成；2.裂纹的扩展；3.断裂。所以，疲劳寿命主要是取决于疲劳裂纹形成寿命以及裂纹扩张寿命两者[3]。
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