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陸域風機塔架結構完整性與螺栓應力變化之模擬分析

為了解決附法蘭螺帽的問題，作者鄭柏鈞 這樣論述：

目錄摘要 IIABSTRACT III誌謝 IV目錄 V表目錄 IX圖目錄 XI第一章 緒論 11.1 研究動機與目的 11.2 研究方法 21.3 研究流程 3第二章 文獻回顧與理論背景 42.1 風力發電機塔架受颱風侵襲倒塌致災原因之探討 42.2 大型風力機塔架之應力分析 42.3 大型風力機組塔架螺栓連接應力分析 52.4 風力發電機塔柱的振動分析 62.5 有限元素法理論 72.6 破壞理論 82.6.1 最大Von-Mises應力理論 82.6.2 剪力破壞 82.6.3 疲勞破壞 92.7 螺栓預緊力理論 102.8 風機節距角 11

2.9 計算螺栓之軸向應力及剪應力 12第三章 數值模型分析及參數設定 143.1 有限元素靜態分析 143.1.1 前處理器(Pre-Processor) 153.1.2 求解器(Solver) 303.1.3 後處理器(Post-Processor) 373.2 有限元素模態分析 373.2.1 前處理器(Pre-Processor) 373.2.2 求解器(Solver) 373.2.3 後處理器(Post-Processor) 38第四章 不同風速下螺栓預緊力喪失50%對螺栓應力分佈影響 394.1 有限元素靜態分析結果 394.1.1 在螺栓預緊

力255KN時，不同風速對整體塔柱位移、螺栓應力狀況 394.1.2 在螺栓預緊力127.5KN時，不同風速對整體塔柱位移、螺栓應力狀況 504.1.3 小結 614.2 有限元素模態分析結果 624.2.1 在螺栓預緊力255KN時，不同風速下塔柱之模態振型及振動頻率 624.2.2 在螺栓預緊力127.5KN時，不同風速下塔柱之模態振型及振動頻率 704.2.3 風速70m/s時，部分螺栓預緊力喪失50%對塔柱模態及頻率變化 784.2.4 小結 84第五章 特定風速下不同螺栓預緊力對螺栓應力分佈影響 855.1 有限元素靜態分析結果 855.1.1 在風

速50m/s、風機節距角0度時不同預緊力對螺栓應力分佈狀況 855.1.2 在風速70m/s、風機節距角0度時不同預緊力對螺栓應力分佈狀況 895.1.3 在風速50m/s、不同節距角時對螺栓應力分佈狀況 925.1.4 小結 955.2 有限元素模態分析結果 965.2.1 風速50m/s時，不同螺栓預緊力對塔柱模態之影響 965.2.2 風速70m/s時，不同螺栓預緊力對塔柱模態之影響 1025.2.3 小結 106第六章 結論與建議 1076.1 結論 1076.2 建議 109參考文獻 110附錄 112表目錄表2-1遠距微波雷達系統檢測頻率數據與風速

【6】 7表3-1塔柱及法蘭之材料性質 17表3-2螺栓之材料性質 17表3-3 局部接觸對設定 19表3-4 局部模型邊界設定 19表3-5接觸對模型 法蘭螺栓范氏應力 20表3-6接觸對模型 螺栓范氏應力 20表3-7接觸對位置及形式 24表3-8法蘭網格收斂分析 26表3-9螺栓網格收斂分析 28表3-10塔柱邊界條件相關參數值 31表3-11節距角0度時，特定風速下塔柱各部位受力及螺栓預緊力參數 33表3-12不同節距角情況下，風速50m/s時各部位受力值 35表4-1螺栓預緊力255KN時，不同風速下塔柱第一模態頻率(前後擺動) 66表4-2螺栓預緊力25

5KN時，不同風速下塔柱第一模態頻率(左右擺動) 66表4-3螺栓預緊力255KN時，不同風速下塔柱第二模態頻率(前後擺動) 66表4-4螺栓預緊力255KN時，不同風速下塔柱第二模態頻率(左右擺動) 67表4-5螺栓預緊力127.5KN時，不同風速下塔柱第一模態頻率(前後擺動) 74表4-6螺栓預緊力127.5KN時，不同風速下塔柱第一模態頻率(左右擺動) 74表4-7螺栓預緊力127.5KN時，不同風速下塔柱第二模態頻率(前後擺動) 75表4-8螺栓預緊力127.5KN時，不同風速下塔柱第二模態頻率(左右擺動) 75表4-9部分螺栓預緊力喪失50%之塔柱第一模態(前後擺動)

81表4-10部分螺栓預緊力喪失50%之塔柱第一模態(左右擺動) 81表4-11部分螺栓預緊力喪失50%之塔柱第二模態(前後擺動) 81表4-12部分螺栓預緊力喪失50%之塔柱第二模態(左右擺動) 82表5-1風速50m/s時，不同螺栓預緊力之塔柱第一模態頻率(前後擺動) 100表5-2風速50m/s時，不同螺栓預緊力之塔柱第一模態頻率(左右擺動) 100表5-3風速50m/s時，不同螺栓預緊力之塔柱第二模態頻率(前後擺動) 101表5-4風速50m/s時，不同螺栓預緊力之塔柱第二模態頻率(左右擺動) 101表5-5風速70m/s時，不同螺栓預緊力之塔柱第一模態頻率(前後擺動)

105表5-6風速70m/s時，不同螺栓預緊力之塔柱第一模態頻率(左右擺動) 105表5-7風速70m/s時，不同螺栓預緊力之塔柱第二模態頻率(前後擺動) 106表5-8風速70m/s時，不同螺栓預緊力之塔柱第二模態頻率(左右擺動) 106 圖目錄圖1-1 研究流程圖 3圖2-1 節距角0度 11圖2-2 節距角90度 11圖3-1塔柱設計示意圖 15圖3-2 Solidworks繪製之風力機模型 16圖3-3塔柱及法蘭有限元素模型 16圖3-4螺栓有限元素模型 17圖3-5接觸對模型 18圖3-6螺帽與法蘭接觸對 18圖3-7 法蘭與法蘭接觸對 18圖3-8螺桿

與法蘭孔接觸對 18圖3-9上層塔柱與中層塔柱設置接觸對 21圖3-10中層塔柱與上法蘭設置接觸對 21圖3-11上法蘭與下法蘭設置接觸對 22圖3-12下層塔柱與下法蘭設置接觸對 22圖3-13螺桿與法蘭孔設置接觸對 23圖3-14螺栓頭與上法蘭設置接觸對 23圖3-15螺桿與螺桿設置接觸對 24圖3-16元素Solid186示意圖 25圖3-17法蘭網格收斂曲線圖 27圖3-18法蘭網格收斂曲線圖 27圖3-19螺栓網格收斂分析圖 28圖3-20塔柱網格劃分 29圖3-21法蘭網格劃分 29圖3-22螺栓網格劃分 30圖3-23邊界條件設定示意圖 31圖3-

24塔柱負載示意圖 32圖3-25螺栓預緊力負載示意圖 32圖3-26上層塔柱受力曲線 33圖3-27中層塔柱受力曲線 34圖3-28下層塔柱受力曲線 34圖3-29塔柱負載示意圖(考慮頂部葉片情況) 36圖3-30簡化螺栓預緊力加載位置 36圖4-1螺栓預緊力255KN時，風速10m/s之螺栓范氏應力直方圖 40圖4-2螺栓預緊力255KN時，風速10m/s之螺栓剪應力直方圖 40圖4-3螺栓預緊力255KN時，風速25m/s之螺栓范氏應力直方圖 41圖4-4螺栓預緊力255KN時，風速25m/s之螺栓剪應力直方圖 42圖4-5螺栓預緊力255KN時，風速35m/s之螺

栓范氏應力直方圖 43圖4-6螺栓預緊力255KN時，風速35m/s之螺栓剪應力直方圖 43圖4-7螺栓預緊力255KN時，風速50m/s之螺栓范氏應力直方圖 44圖4-8螺栓預緊力255KN時，風速50m/s之螺栓剪應力直方圖 45圖4-9螺栓預緊力255KN時，風速70m/s之螺栓范氏應力直方圖 46圖4-10螺栓預緊力255KN時，風速70m/s之螺栓剪應力直方圖 46圖4-11螺栓預緊力255KN時，各風速下之螺栓范氏應力盒鬚圖 48圖4-12螺栓預緊力255KN時，各風速下之螺栓剪應力盒鬚圖 49圖4-13螺栓預緊力127.5KN時，風速10m/s之螺栓范氏應力直方圖

50圖4-14螺栓預緊力127.5KN時，風速10m/s之螺栓剪應力直方圖 51圖4-15螺栓預緊力127.5KN時，風速25m/s之螺栓范氏應力直方圖 52圖4-16螺栓預緊力127.5KN時，風速25m/s之螺栓剪應力直方圖 52圖4-17螺栓預緊力127.5KN時，風速35m/s之螺栓范氏應力直方圖 53圖4-18螺栓預緊力127.5KN時，風速35m/s之螺栓剪應力直方圖 54圖4-19螺栓預緊力127.5KN時，風速50m/s之螺栓范氏應力直方圖 55圖4-20螺栓預緊力127.5KN時，風速50m/s之螺栓剪應力直方圖 55圖4-21螺栓預緊力127.5KN時，風

速70m/s之螺栓范氏應力直方圖 56圖4-22螺栓預緊力127.5KN時，風速70m/s之螺栓剪應力直方圖 57圖4-23螺栓預緊力127.5KN時，各風速下之螺栓范氏應力盒鬚圖 59圖4-24螺栓預緊力127.5KN時，各風速下之螺栓剪應力盒鬚圖 60圖4-25螺栓預緊力255KN時，風速10m/s之第一模態振型(前後擺動) 63圖4-26螺栓預緊力255KN時，風速10m/s之第一模態振型(左右擺動) 63圖4-27螺栓預緊力255KN時，風速10m/s之第二模態振型(前後擺動) 64圖4-28螺栓預緊力255KN時，風速10m/s之第二模態振型(左右擺動) 64圖4-2

9螺栓預緊力255KN時，不同風速下塔柱第一模態頻率(前後擺動) 67圖4-30螺栓預緊力255KN時，不同風速下塔柱第一模態頻率(左右擺動) 68圖4-31螺栓預緊力255KN時，不同風速下塔柱第二模態頻率(前後擺動) 68圖4-32螺栓預緊力255KN時，不同風速下塔柱第二模態頻率(左右擺動) 69圖4-33螺栓預緊力127.5KN時，風速10m/s之第一模態振型(前後擺動) 70圖4-34螺栓預緊力127.5KN時，風速10m/s之第一模態振型(左右擺動) 71圖4-35螺栓預緊力127.5KN時，風速10m/s之第二模態振型(前後擺動) 71圖4-36螺栓預緊力127.5

KN時，風速10m/s之第二模態振型(左右擺動) 72圖4-37螺栓預緊力127.5KN時，不同風速下塔柱第一模態頻率(前後擺動) 75圖4-38螺栓預緊力127.5KN時，不同風速下塔柱第一模態頻率(左右擺動) 76圖4-39螺栓預緊力127.5KN時，不同風速下塔柱第二模態頻率(前後擺動) 76圖4-40螺栓預緊力127.5KN時，不同風速下塔柱第二模態頻率(左右擺動) 77圖4-41其中1支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第一模態(前後擺動) 78圖4-42其中1支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第一模態(左右擺動) 79圖4-43其中1支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱

第二模態(前後擺動) 79圖4-44其中1支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第二模態(左右擺動) 80圖4-45與風速10m/s螺栓預緊力無喪失時頻率(0.4804HZ)差異 82圖4-46與風速10m/s螺栓預緊力無喪失時頻率(0.4805HZ)差異 83圖4-47與風速10m/s螺栓預緊力無喪失時頻率(4.188HZ)差異 83圖4-48與風速10m/s螺栓預緊力無喪失時頻率(4.188HZ)差異 84圖5-1在風速50m/s情況下，不同螺栓預緊力之螺栓范氏應力盒鬚圖 87圖5-2在風速50m/s情況下，不同螺栓預緊力之螺栓剪應力盒鬚圖 88圖5-3在風速70m/s情況下

，不同螺栓預緊力之螺栓范氏應力盒鬚圖 90圖5-4在風速70m/s情況下，不同螺栓預緊力之螺栓剪應力盒鬚圖 91圖5-5風速50m/s、節距角0度 螺栓范氏應力直方圖 92圖5-6風速50m/s、節距角0度 螺栓剪應力直方圖 93圖5-7風速50m/s、節距角86度 螺栓范氏應力直方圖 93圖5-8風速50m/s、節距角86度 螺栓剪應力直方圖 94圖5-9風速50m/s下螺栓預緊力63.75KN之塔柱第一模態(前後擺動) 97圖5-10風速50m/s下螺栓預緊力63.75KN之塔柱第一模態(左右擺動) 97圖5-11風速50m/s下螺栓預緊力63.75KN之塔柱第二模態(前後

擺動) 98圖5-12風速50m/s下螺栓預緊力63.75KN之塔柱第二模態(左右擺動) 98圖5-13風速70m/s下螺栓預緊力63.75KN之塔柱第一模態(前後擺動) 102圖5-14風速70m/s下螺栓預緊力63.75KN之塔柱第一模態(左右擺動) 103圖5-15風速70m/s下螺栓預緊力63.75KN之塔柱第二模態(前後擺動) 103圖5-16風速70m/s下螺栓預緊力63.75KN之塔柱第二模態(左右擺動) 104附圖A-1螺栓預緊力255KN時，風速10m/s之整體塔柱位移分佈圖 112附圖A-2螺栓預緊力255KN時，風速10m/s之螺栓范氏應力分佈圖 112

附圖A-3螺栓預緊力255KN時，風速10m/s之螺栓剪應力分佈圖 113附圖A-4螺栓預緊力255KN時，風速25m/s之整體塔柱位移分佈圖 113附圖A-5螺栓預緊力255KN時，風速25m/s之螺栓范氏應力分佈圖 114附圖A-6螺栓預緊力255KN時，風速25m/s之螺栓剪應力分佈圖 114附圖A-7螺栓預緊力255KN時，風速35m/s之整體塔柱位移分佈圖 115附圖A-8螺栓預緊力255KN時，風速35m/s之螺栓范氏應力分佈圖 115附圖A-9螺栓預緊力255KN時，風速35m/s之螺栓剪應力分佈圖 116附圖A-10螺栓預緊力255KN時，風速50m/s之整體塔柱

位移分佈圖 116附圖A-11螺栓預緊力255KN時，風速50m/s之螺栓范氏應力分佈圖 117附圖A-12螺栓預緊力255KN時，風速50m/s之螺栓剪應力分佈圖 117附圖A-13螺栓預緊力255KN時，風速70m/s之整體塔柱位移分佈圖 118附圖A-14螺栓預緊力255KN時，風速70m/s之螺栓范氏應力分佈圖 118附圖A-15螺栓預緊力255KN時，風速70m/s之螺栓剪應力分佈圖 119附圖B-1螺栓預緊力127.5KN時，風速10m/s之整體塔柱位移分佈圖 120附圖B-2螺栓預緊力127.5KN時，風速10m/s之螺栓范氏應力分佈圖 120附圖B-3螺栓預緊力

127.5KN時，風速10m/s之螺栓剪應力分佈圖 121附圖B-4螺栓預緊力127.5KN時，風速25m/s之整體塔柱位移分佈圖 121附圖B-5螺栓預緊力127.5KN時，風速25m/s之螺栓范氏應力分佈圖 122附圖B-6螺栓預緊力127.5KN時，風速25m/s之螺栓剪應力分佈圖 122附圖B-7螺栓預緊力127.5KN時，風速35m/s之整體塔柱位移分佈圖 123附圖B-8螺栓預緊力127.5KN時，風速35m/s之螺栓范氏應力分佈圖 123附圖B-9螺栓預緊力127.5KN時，風速35m/s之螺栓剪應力分佈圖 124附圖B-10螺栓預緊力127.5KN時，風速50m/

s之整體塔柱位移分佈圖 124附圖B-11螺栓預緊力127.5KN時，風速50m/s之螺栓范氏應力分佈圖 125附圖B-12螺栓預緊力127.5KN時，風速50m/s之螺栓剪應力分佈圖 125附圖B-13螺栓預緊力127.5KN時，風速70m/s之整體塔柱位移分佈圖 126附圖B-14螺栓預緊力127.5KN時，風速70m/s之螺栓范氏應力分佈圖 126附圖B-15螺栓預緊力127.5KN時，風速70m/s之螺栓剪應力分佈圖 127附圖C-1螺栓預緊力255KN時，風速25m/s之第一模態振型(前後擺動) 128附圖C-2螺栓預緊力255KN時，風速25m/s之第一模態振型(左右

擺動) 128附圖C-3螺栓預緊力255KN時，風速25m/s之第二模態振型(前後擺動) 129附圖C-4螺栓預緊力255KN時，風速25m/s之第二模態振型(左右擺動) 129附圖C-5螺栓預緊力255KN時，風速35m/s之第一模態振型(前後擺動) 130附圖C-6螺栓預緊力255KN時，風速35m/s之第一模態振型(左右擺動) 130附圖C-7螺栓預緊力255KN時，風速35m/s之第二模態振型(前後擺動) 131附圖C-8螺栓預緊力255KN時，風速35m/s之第二模態振型(左右擺動) 131附圖C-9螺栓預緊力255KN時，風速50m/s之第一模態振型(前後擺動)

132附圖C-10螺栓預緊力255KN時，風速50m/s之第一模態振型(左右擺動) 132附圖C-11螺栓預緊力255KN時，風速50m/s之第二模態振型(前後擺動) 133附圖C-12螺栓預緊力255KN時，風速50m/s之第二模態振型(左右擺動) 133附圖C-13螺栓預緊力255KN時，風速70m/s之第一模態振型(前後擺動) 134附圖C-14螺栓預緊力255KN時，風速70m/s之第一模態振型(左右擺動) 134附圖C-15螺栓預緊力255KN時，風速70m/s之第二模態振型(前後擺動) 135附圖C-16螺栓預緊力255KN時，風速70m/s之第二模態振型(左右擺

動) 135附圖D-1螺栓預緊力127.5KN時，風速25m/s之第一模態振型(前後擺動) 136附圖D-2螺栓預緊力127.5KN時，風速25m/s之第一模態振型(左右擺動) 136附圖D-3螺栓預緊力127.5KN時，風速25m/s之第二模態振型(前後擺動) 137附圖D-4螺栓預緊力127.5KN時，風速25m/s之第二模態振型(左右擺動) 137附圖D-5螺栓預緊力127.5KN時，風速35m/s之第一模態振型(前後擺動) 138附圖D-6螺栓預緊力127.5KN時，風速35m/s之第一模態振型(左右擺動) 138附圖D-7螺栓預緊力127.5KN時，風速35m/s之

第二模態振型(前後擺動) 139附圖D-8螺栓預緊力127.5KN時，風速35m/s之第二模態振型(左右擺動) 139附圖D-9螺栓預緊力127.5KN時，風速50m/s之第一模態振型(前後擺動) 140附圖D-10螺栓預緊力127.5KN時，風速50m/s之第一模態振型(左右擺動) 140附圖D-11螺栓預緊力127.5KN時，風速50m/s之第二模態振型(前後擺動) 141附圖D-12螺栓預緊力127.5KN時，風速50m/s之第二模態振型(左右擺動) 141附圖D-13螺栓預緊力127.5KN時，風速70m/s之第一模態振型(前後擺動) 142附圖D-14螺栓預緊力127

.5KN時，風速70m/s之第一模態振型(左右擺動) 142附圖D-15螺栓預緊力127.5KN時，風速70m/s之第二模態振型(前後擺動) 143附圖D-16螺栓預緊力127.5KN時，風速70m/s之第二模態振型(左右擺動) 143附圖E-1其中5支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第一模態(前後擺動) 144附圖E-2其中5支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第一模態(左右擺動) 144附圖E-3其中5支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第二模態(前後擺動) 145附圖E-4其中5支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第二模態(左右擺動) 145附圖E-5其中10支螺栓喪失50%的

螺栓預緊力之塔柱第一模態(前後擺動) 146附圖E-6其中10支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第一模態(左右擺動) 146附圖E-7其中10支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第二模態(前後擺動) 147附圖E-8其中10支螺栓喪失50%的螺栓預緊力之塔柱第二模態(左右擺動) 147附圖F-1風速50m/s下螺栓預緊力127.5KN之塔柱第一模態(前後擺動) 148附圖F-2風速50m/s下螺栓預緊力127.5KN之塔柱第一模態(左右擺動) 148附圖F-3風速50m/s下螺栓預緊力127.5KN之塔柱第二模態(前後擺動) 149附圖F-4風速50m/s下螺栓預緊力127

.5KN之塔柱第二模態(左右擺動) 149附圖F-5風速50m/s下螺栓預緊力191.25KN之塔柱第一模態(前後擺動) 150附圖F-6風速50m/s下螺栓預緊力191.25KN之塔柱第一模態(左右擺動) 150附圖F-7風速50m/s下螺栓預緊力191.25KN之塔柱第二模態(前後擺動) 151附圖F-8風速50m/s下螺栓預緊力191.25KN之塔柱第二模態(左右擺動) 151附圖F-9風速50m/s下螺栓預緊力255KN之塔柱第一模態(前後擺動) 152附圖F-10風速50m/s下螺栓預緊力255KN之塔柱第一模態(左右擺動) 152附圖F-11風速50m/s

下螺栓預緊力255KN之塔柱第二模態(前後擺動) 153附圖F-12風速50m/s下螺栓預緊力255KN之塔柱第二模態(左右擺動) 153附圖G-1風速70m/s下螺栓預緊力127.5KN之塔柱第一模態(前後擺動) 154附圖G-2風速70m/s下螺栓預緊力127.5KN之塔柱第一模態(左右擺動) 154附圖G-3風速70m/s下螺栓預緊力127.5KN之塔柱第二模態(前後擺動) 155附圖G-4風速70m/s下螺栓預緊力127.5KN之塔柱第二模態(左右擺動) 155附圖G-5風速70m/s下螺栓預緊力191.25KN之塔柱第一模態(前後擺動) 156附圖G-6風速70

m/s下螺栓預緊力191.25KN之塔柱第一模態(左右擺動) 156附圖G-7風速70m/s下螺栓預緊力191.25KN之塔柱第二模態(前後擺動) 157附圖G-8風速70m/s下螺栓預緊力191.25KN之塔柱第二模態(左右擺動) 157附圖G-9風速70m/s下螺栓預緊力255KN之塔柱第一模態(前後擺動) 158附圖G-10風速70m/s下螺栓預緊力255KN之塔柱第一模態(左右擺動) 158附圖G-11風速70m/s下螺栓預緊力255KN之塔柱第二模態(前後擺動) 159附圖G-12風速70m/s下螺栓預緊力255KN之塔柱第二模態(左右擺動) 159

衝頭伺服運動曲線應用於鋁合金鍛造成形

為了解決附法蘭螺帽的問題，作者張庭輔 這樣論述：

本論文研究成形衝頭伺服運動曲線應用於6061鋁合金微鍛造及自行車軸承架鍛造成形，在微鍛造成形上目的為探討等速曲線及不同伺服運動曲線模式在分析結果之衝頭負荷大小、等效應力及等效應變分布影響，其次實驗及分析比對衝頭負荷變化，最後探討實驗成品尺寸量測、金相組織及表面粗糙度之成效。首先利用材料圓柱壓縮試驗求出不同應變率之應力應變曲線，其次利用微型雙杯擠製試驗來獲得模具與材料界面之摩擦因子，接著進行微型端壓鍛頭鍛造之產品外形幾何、鍛件及鍛模設計，再透過電腦輔助分析比較等速曲線、成形脈衝、持壓脈衝及持壓時間四種模式對成形衝頭負荷變化、等效應力及等效應變分佈之影響，最後進行等速曲線模式及不同伺服運動曲線模

式成形實驗比對模擬分析結果，利用微鍛造實驗驗證成形衝頭負荷變化，且透過尺寸精度、金相組織及表面粗糙度量測結果。另外亦透過衝頭伺服運動曲線應用於6061鋁合金自行車軸承架鍛造成形，探討成品鍛造成形之成形負荷、成品尺寸與伺服運動曲線模式成效。