用于风力发电机叶片的疲劳测试方法技术

本发明专利技术公开了一种用于风力发电机叶片的疲劳测试方法，包括以下步骤：在叶片上安装倾角传感器和应变片；在叶片的叶尖分别施加不同大小的静态载荷，采集相应的扭转角和应变值；对叶片的扭转角和应变值进行分析，得到单位扭转角与应变值关系；对叶片施加动态载荷，采集叶片的扭转角和应变值；计算出所述叶片在动态标定时相应扭转角的单位扭矩所产生的应变值；消除由扭矩所引起的应变值，得到所述叶片在动态标定时由弯矩产生的应变值；通过分析得到动态标定时弯矩与应变的关系函数，得到疲劳测试中结果。本发明专利技术通过消除叶片在动态标定中扭矩对叶片应变耦合的影响，得到弯矩与叶片应变的关系，可得到比较准确的叶片疲劳测试结果。

Fatigue Testing Method for Wind Turbine Blades

【技术实现步骤摘要】
用于风力发电机叶片的疲劳测试方法
本专利技术涉及风力发电
，特别涉及一种用于风力发电机叶片的疲劳测试方法。
技术介绍
随着风力发电机组大功率化趋势，从内在方面驱动风电叶片的大型化发展。疲劳测试是大型叶片型式验证的关键环节。叶片的疲劳载荷是以加载在叶片截面上的弯矩或者力的形式提供，叶片的疲劳累积损伤是以材料的应变数据进行统计。因此，对叶片进行疲劳测试需要建立叶片的弯矩与应变之间的关系。目前行业内的标定方式是在叶片的前、后缘以及PS面(迎风面)主梁和SS面(背风面)主梁安装应变片，通过在叶尖位置施加载荷，获得叶片截面上的弯矩和应变之间的传递函数。但是，使用激振设备对叶片进行动态循环加载时，除了弯矩，还容易引入扭矩，使得叶片在静态时的振形和动态时的振形不一致，导致叶片在静态标定时，叶片截面的前、后缘或者PS面主梁和SS面主梁的应变和弯矩的传递函数不能真实反映出叶片在动态加载时的情况。对于长度只有几米的叶片，扭矩的影响不大，可以采用上述传统的测试方法。但是，随着叶片越造越大，对于长度达到几十米的大型叶片，叶片振动时的扭矩对其影响更加严重，应用传统疲劳测试方法不能真实反映叶片截面上的累积损伤。如果采用传统的叶片疲劳测试方法，当疲劳测试中应变加载不足时，疲劳测试不能覆盖叶片的累积疲劳损伤，使叶片可靠性下降；当疲劳测试中应变超载时，会造成叶片结构的疲劳强度冗余设计，增加叶片重量，使得风机的经济性变差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中在对叶片进行疲劳测试时扭矩对叶片应变的影响，得到比较真实的弯矩与叶片应变的关系，从而得到比较准确的疲劳测试结果，提供一种用于风力发电机的叶片的疲劳测试方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种用于风力发电机叶片的疲劳测试方法，其特点在于，包括以下步骤：S1、在所述叶片的第一关键截面和第二关键截面分别安装倾角传感器和应变片，所述倾角传感器的x轴为所述叶片的轴向，所述倾角传感器的y轴为所述叶片的前后缘方向；S2、在所述叶片的叶尖分别施加不同大小的静态载荷使所述叶片发生扭转，通过所述倾角传感器和所述应变片分别采集所述第一关键截面和所述第二关键截面在静态标定时所述叶片的扭转角和应变值；S3、通过对所述叶片的扭转角和应变值进行有限元模型分析，计算出所述第一关键截面的单位扭矩分别与所述第二关键截面的应力值关系，得到一个参考系数；S4、通过激振设备发出激振力对所述叶片施加动态载荷，当所述叶片的振动幅值稳定且达到目标要求时，通过所述倾角传感器和所述应变片分别采集所述第一关键截面和所述第二关键截面在动态标定时所述叶片的扭转角和应变值；S5、通过步骤S3中得到的所述参考系数，计算出所述叶片在动态标定时相应扭转角的单位扭矩所产生的应变值；S6、将所述叶片在步骤S4中进行动态标定时获得的应变值减去步骤S5中得到的由扭矩所引起的应变值，得到所述叶片在动态标定时由弯矩产生的应变值；S7、结合有限元模型分析，解耦弯矩和扭矩耦合对应变的影响，得到动态标定时弯矩与应变的关系函数，继而得到所述叶片在疲劳测试中的结果；其中：所述第一关键截面为所述叶片的最大弦长截面、叶根截面从圆形过渡至翼形区域、不同种结构材料的搭接过渡区域或结构设计时的危险截面，所述第二关键截面的位置为PS面主梁、SS面主梁、PS面后缘、SS面后缘、叶片前缘。较佳地，所述结构设计时的危险截面包括静强度和疲劳强度安全系数最低的区域或稳定性系数较低区域。较佳地，所述倾角传感器安装有多个，分别一一对应安装在多个所述第一关键截面。较佳地，先通过步骤S2得到扭转角后，再通过公式计算得到其它所述第一关键截面的扭转角所对应的单位扭矩，然后在进行步骤S3中的有限元模型分析，得到单位扭矩与应力值的关系；其中，所述公式为：式中：α1为叶根的扭转角，初始值为0；αi，前一截面的扭转角；αi+1，后一截面的扭转角；i，i＝1,2,...,n为对应的截面序号，n为最后一个截面；T，扭矩；Δl，截面长度；GIpi，对应的截面扭转刚度；所述叶片各个所述第一关键截面的扭转刚度GIpi和截面长度Δl由所述叶片在设计时的结构特性得到。较佳地，所述第一关键截面为所述叶片的最大弦长截面。较佳地，所述激振设备的振动频率为0.3～0.8Hz。较佳地，所述倾角传感器的参数要求如下：角度测试范围为-60°～60°，分辨率为0.01°，采样频率为20～40Hz。较佳地，所述倾角传感器为加速度传感器。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术用于风力发电机叶片的疲劳测试方法在对叶片进行疲劳测试时，通过消除叶片在动态标定中扭矩对叶片应变耦合的影响，得到弯矩与叶片应变的关系，可得到比较准确的叶片疲劳测试结果，适用于大型叶片的疲劳测试。附图说明图1为本专利技术中用于风力发电机的叶片的疲劳测试方法的流程图。图2为本专利技术中叶片在外部载荷作用下发生扭转的结构示意图。图3为本专利技术中应变片的安装位置的结构图。附图标记说明：倾角传感器安装位置11PS面主梁21SS面主梁22PS面后缘23SS面后缘24叶片前缘25具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在的实施例范围之中。如图1至图3所示，本专利技术的一种用于风力发电机的叶片的疲劳测试方法，其包括以下步骤：步骤S1、在叶片的第一关键截面和第二关键截面分别安装倾角传感器和应变片，倾角传感器的x轴为叶片的轴向，倾角传感器的y轴为叶片的前后缘方向；步骤S2、在叶片的叶尖分别施加不同大小的静态载荷使叶片发生扭转，通过倾角传感器和应变片分别采集第一关键截面和第二关键截面在静态标定时叶片的扭转角和应变值；步骤S3、通过对叶片的扭转角和应变值进行有限元模型分析，计算出第一关键截面的单位扭矩分别与第二关键截面的应力值关系，得到一个参考系数；步骤S4、通过激振设备发出激振力对叶片施加动态载荷，当叶片的振动幅值稳定且达到目标要求时，通过倾角传感器和应变片分别采集第一关键截面和第二关键截面在动态标定时叶片的扭转角和应变值；步骤S5、通过步骤S3中得到的参考系数，计算出叶片在动态标定时相应扭转角的单位扭矩所产生的应变值；在本步骤中，通过叶片在静态载荷时得到的扭矩与应变值的关系，推导叶片在动态载荷时由扭矩产生的应力值。步骤S6、将叶片在步骤S4中进行动态标定时获得的应变值减去步骤S5中得到的由扭矩所引起的应变值，得到叶片在动态标定时由弯矩产生的应变值；在本步骤中，将测得的扭矩和弯矩耦合后产生的应力值减去由扭矩产生的应力值，即将扭矩的应力值解耦，可得到由弯矩产生的应变值的分布。本步骤主要为了达到消除叶片振动时扭矩影响的目的，使得叶片振动时获得的应变真实反映弯矩水平。步骤S7、结合有限元模型分析，解耦弯矩和扭矩耦合对应变的影响，得到动态标定时弯矩与应变的关系函数，继而得到叶片在疲劳测试中的结果。在本步骤中，结合有限元模型分析，解耦弯矩和扭矩耦合对应变的影响，得到动态标定时弯矩与应变的关系函数，结合材料的古德曼曲线，用来评估叶片的疲劳累积损伤。本专利技术的用于风力发电机的叶片的疲劳测试方法在对叶片进行疲劳测试时，通过消除叶片在动态标定中扭矩对叶片应变耦合的影响，得到弯矩与叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风力发电机叶片的疲劳测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在所述叶片的第一关键截面和第二关键截面分别安装倾角传感器和应变片，所述倾角传感器的x轴为所述叶片的轴向，所述倾角传感器的y轴为所述叶片的前后缘方向；S2、在所述叶片的叶尖分别施加不同大小的静态载荷使所述叶片发生扭转，通过所述倾角传感器和所述应变片分别采集所述第一关键截面和所述第二关键截面在静态标定时所述叶片的扭转角和应变值；S3、通过对所述叶片的扭转角和应变值进行有限元模型分析，计算出所述第一关键截面的单位扭矩分别与所述第二关键截面的应变值关系，得到一个参考系数；S4、通过激振设备发出激振力对所述叶片施加动态载荷，当所述叶片的振动幅值稳定且达到目标要求时，通过所述倾角传感器和所述应变片分别采集所述第一关键截面和所述第二关键截面在动态标定时所述叶片的扭转角和应变值；S5、通过步骤S3中得到的所述参考系数，计算出所述叶片在动态标定时相应扭转角的单位扭矩所产生的应变值；S6、将所述叶片在步骤S4中进行动态标定时获得的应变值减去步骤S5中得到的由扭矩所引起的应变值，得到所述叶片在动态标定时由弯矩产生的应变值；S7、结合有限元模型分析，解耦弯矩和扭矩耦合对应变的影响，得到动态标定时弯矩与应变的关系函数，继而得到所述叶片在疲劳测试中的结果；其中：所述第一关键截面为所述叶片的最大弦长截面、叶根截面从圆形过渡至翼形区域、不同种结构材料的搭接过渡区域或结构设计时的危险截面，所述第二关键截面的位置为PS面主梁、SS面主梁、PS面后缘、SS面后缘、叶片前缘。...

【技术特征摘要】
1.一种用于风力发电机叶片的疲劳测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在所述叶片的第一关键截面和第二关键截面分别安装倾角传感器和应变片，所述倾角传感器的x轴为所述叶片的轴向，所述倾角传感器的y轴为所述叶片的前后缘方向；S2、在所述叶片的叶尖分别施加不同大小的静态载荷使所述叶片发生扭转，通过所述倾角传感器和所述应变片分别采集所述第一关键截面和所述第二关键截面在静态标定时所述叶片的扭转角和应变值；S3、通过对所述叶片的扭转角和应变值进行有限元模型分析，计算出所述第一关键截面的单位扭矩分别与所述第二关键截面的应变值关系，得到一个参考系数；S4、通过激振设备发出激振力对所述叶片施加动态载荷，当所述叶片的振动幅值稳定且达到目标要求时，通过所述倾角传感器和所述应变片分别采集所述第一关键截面和所述第二关键截面在动态标定时所述叶片的扭转角和应变值；S5、通过步骤S3中得到的所述参考系数，计算出所述叶片在动态标定时相应扭转角的单位扭矩所产生的应变值；S6、将所述叶片在步骤S4中进行动态标定时获得的应变值减去步骤S5中得到的由扭矩所引起的应变值，得到所述叶片在动态标定时由弯矩产生的应变值；S7、结合有限元模型分析，解耦弯矩和扭矩耦合对应变的影响，得到动态标定时弯矩与应变的关系函数，继而得到所述叶片在疲劳测试中的结果；其中：所述第一关键截面为所述叶片的最大弦长截面、叶根截面从圆形过渡至翼形区域、不同种结构材料的搭接过渡区域或结构设计时的危险截面，所述第二关键截面的位置为PS面主梁、SS面主梁、PS面后缘、SS面后缘、叶片前缘。2.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘祖金，马文勇，陈晓静，王国军，李海涛，
申请(专利权)人：上海电气风电集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31