段博志 张红

摘  要：随着风力发电机组大型化以及全耦合一体化风电机组正向设计方案的提出，风力发电机组整机有限元模型也随之增大，最终导致计算效率的下降，甚至无法求解。为此，以超单元模型代替有限元模型导入整机中，首先创建保留节点，然后通过Mean约束使保留节点与模型连接，最后在求解过程中生成超单元。超单元法在很大程度上缩减了模型的自由度。文章对机舱底盘和轮毂主轴的超单元模型与有限元模型的模态进行对比，结果表明，其前6阶固有频率误差在3%以内，而计算时间仅仅为有限元模型的1/10。超单元法在保证运算精度的情况下，大大提高了计算效率。

关键词：风力发电机组; 超单元; 有限元; 机舱底盘;

0 前言

风力发电机组是承受瞬态空气动力激励的大型柔性机电系统，随着风力发电机组的尺寸日趋增大以及全耦合一体化风电机组正向设计方案的提出，相应的有限元模型也随之增大，使整机分析计算效率降低，甚至无法求解。超单元的模态缩减系统很大程度上降低了风力发电机组系统的自由度[1]，从而大幅度降低了运算时间，提高了计算能力。

本文论述了超单元的基本原理，以SUT-3000风电机组关键机械部件为基础，对实体模型进行超单元以及有限元的建模，并对两类模型进行模态分析，体现了超单元法在大型风力发电机组整机分析中的优越性，为解决实际工程问题提供了有效的方法。

1 理论基础