풍력 타워 원형 플랜지 연결 구조형 고강도 리벳의 피로 특성

FAN Ke ,  

DAI Kaoshan ,  

HENG Junlin ,  

WANG Rui ,  

LIAO Guangming ,  

摘要

구조형 고강도 리벳은 예압력 안정성, 우수한 풀림 방지 성능, 피로 및 지연 파단 저항 능력 등 장점을 가지고 있어 현재 풍력 타워 원형 플랜지 연결에 사용되는 고강도 볼트를 대체할 가능성이 있지만, 플랜지 내에서의 피로 성능은 관련 연구 검증이 필요하다. 구조형 고강도 리벳을 적용한 원형 플랜지 연결에 대해 대조 모델 피로 시험과 정밀 수치 해석을 수행하여 피로 특성과 열화 메커니즘을 탐구하였다. 원형 플랜지 하중 전달 특성을 기반으로 정적 인장 시험을 수행하고, 고강도 볼트 및 고강도 리벳 시편 각 6개씩 포함한 총 12개의 모델 시편에 대해 피로 시험을 진행하였다; 국부 변형 기반 SWT 피로 평가 방법과 결합하여 정밀한 다중 척도 유한 요소 해석을 수행하였다. 결과는 두 종류 시편 모두에서 피로 파손이 주로 첫 번째 나사산 부위에서 발생함을 보였다; 200만 회의 하중 사이클 하에서 고강도 리벳 시편의 평균 등가 피로 강도는 68.9 MPa로, 고강도 볼트의 52.1 MPa보다 약 32.2% 향상되었다; 고강도 리벳과 슬리브 간의 나사산이 보다 완만하고 내외부 나사산 간 접촉 면적이 더 커 나사근 부위 응력 집중을 효과적으로 저감시켜 피로 저항성을 향상시켰다. 구조형 고강도 리벳을 적용한 원형 플랜지 연결의 피로 설계 시, 리벳 피로 강도 등급은 FAT 56으로 설정할 수 있으며 지수 상수 m=3을 갖는다.

关键词

풍력 타워; 원형 플랜지 연결; 구조형 고강도 리벳; 고강도 볼트; 피로 성능; 모델 시험; 수치 해석

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