一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法和设备，方法包括：获取待测试叶片的各截面属性参数；在待测试叶片上增加液压系统建立叶片

【技术实现步骤摘要】
一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种风机叶片，尤其是涉及一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法和设备。

技术介绍

[0002]风机叶片在投入使用之前通常需要经过全尺寸的静力测试和疲劳测试，在叶片的疲劳测试过程中，叶片通常需要在挥舞和摆振方向分别进行数百万次的疲劳振动，振动频率为各方向的一阶固有频率。而由于叶片日趋大型化，其挥舞和摆振方向的一阶固有频率大大降低，进而导致疲劳测试周期变长，降低了叶片测试的效率以及增加了经济成本。
[0003]为了克服上述问题，公开号为CN 208155578 U的技术专利提出了一种叶片结构频率调节装置，该技术提出可通过更换不同刚度值的弹簧或增加多套该设备以调节叶片的固有频率以满足叶片两轴振动频率达到合理的频率关系。实际上，叶片在振动过程中，越靠近叶尖位置处的叶片振幅越大，现有的弹簧材质和结构均无法满足该需求，而且难以进行测试频率的精确调节和控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法和设备。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、获取待测试叶片的各截面属性参数；
[0008]步骤S2、在待测试叶片上增加液压系统形成叶片
‑
弹性振动系统，并将液压系统等效为弹性元件，结合待测试叶片的各截面属性参数建立叶片
‑
弹性振动系统的叶片
‑
弹性元件振动系统模型；
[0009]步骤S3、对叶片
‑
弹性元件振动系统模型进行求解得到叶片
‑
弹性振动系统的固有频率和弹性元件的等效刚度之间的关系；
[0010]步骤S4、以叶片
‑
弹性元件振动系统模型中截面弯矩和待测试叶片的设计大纲中目标载荷弯矩之间误差最小为目标，计算得到误差最小时的外部激励，此时通过外部激励下叶片的振动响应可以得到叶片各个截面的响应，以及叶片截面的响应与外部激励之间的相位差；
[0011]步骤S5、将误差最小时的外部激励中的选取的频率作为叶片
‑
弹性振动系统的固有频率，根据固有频率和弹性元件的等效刚度之间的关系计算得到弹性元件的等效刚度；
[0012]步骤S6、根据叶片
‑
弹性振动系统的固有频率、等效刚度、叶片各个截面的响应，以及叶片截面的响应与外部激励之间的相位差得到液压系统的输出激励。
[0013]进一步地，当待测试叶片连接有独立激振设备进行外部激振时，液压系统的输出激励的计算表达式为：
[0014][0015]其中，F
液
(t)表示输出激励，k
i
表示等效刚度，Y
i
表示叶片各个截面的响应，表示叶片截面的响应与外部激励之间的相位差，t表示时间，ω2表示叶片
‑
弹性振动系统的固有频率，i表示叶片上的第i个截面。
[0016]进一步地，当待测试叶片连接的液压系统作为外部激振时，液压系统的输出激励的计算表达式为：
[0017][0018]其中，F
液
(t)表示输出激励，k
i
表示等效刚度，Y
i
表示叶片各个截面的响应，表示叶片截面的响应与外部激励之间的相位差，t表示时间，ω2表示叶片
‑
弹性振动系统的固有频率，i表示叶片上的第i个截面，F
i
表示步骤S4中误差最小时的外部激励中第i个截面处所需激振力的幅值。
[0019]进一步地，所述叶片
‑
弹性元件振动系统模型中每个截面之间的传递矩阵H
i
的表达式如下：
[0020][0021]其中，m
i
表示当前截面与前一段截面之间叶片段的质量，EI
i
表示截面刚度(E为弹性模量，I
i
是第i截面的惯性矩)，l
i
表示当前截面与前一段截面之间叶片段的长度，k
i
表示等效刚度，ω2表示叶片
‑
弹性振动系统的固有频率，i表示叶片上的第i个截面。
[0022]进一步地，所述步骤S4中误差最小时的外部激励中的选取的频率大于待测试叶片自身建立的叶片动力学模型的固有频率。
[0023]进一步地，所述液压系统包括液压缸，所述液压杆的底座一端固定，其活塞杆一端通过叶片夹具连接待测试叶片。
[0024]一种风机叶片疲劳测试的加载控制设备，包括处理器和存储器，所述处理器调用所述存储器中的程序实现以下步骤：
[0025]步骤S1、获取待测试叶片的各截面属性参数；
[0026]步骤S2、在待测试叶片上增加液压系统形成叶片
‑
弹性振动系统，并将液压系统等效为弹性元件，结合待测试叶片的各截面属性参数建立叶片
‑
弹性振动系统的叶片
‑
弹性元件振动系统模型；
[0027]步骤S3、对叶片
‑
弹性元件振动系统模型进行求解得到叶片
‑
弹性振动系统的固有频率和弹性元件的等效刚度之间的关系；
[0028]步骤S4、以叶片
‑
弹性元件振动系统模型中截面弯矩和待测试叶片的设计大纲中目标载荷弯矩之间误差最小为目标，计算得到误差最小时的外部激励，此时通过外部激励下叶片的振动响应可以得到叶片各个截面的响应，以及叶片截面的响应与外部激励之间的相位差；
[0029]步骤S5、将误差最小时的外部激励中的选取的频率作为叶片
‑
弹性振动系统的固有频率，根据固有频率和弹性元件的等效刚度之间的关系计算得到弹性元件的等效刚度；
[0030]步骤S6、根据叶片
‑
弹性振动系统的固有频率、等效刚度、叶片各个截面的响应，以及叶片截面的响应与外部激励之间的相位差得到液压系统的输出激励。
[0031]进一步地，当待测试叶片连接有独立激振设备进行外部激振时，液压系统的输出激励的计算表达式为：
[0032][0033]其中，F
液
(t)表示输出激励，k
i
表示等效刚度，Y
i
表示叶片各个截面的响应，表示叶片截面的响应与外部激励之间的相位差，t表示时间，ω2表示叶片
‑
弹性振动系统的固有频率，i表示叶片上的第i个截面。
[0034]进一步地，当待测试叶片连接的液压系统作为外部激振时，液压系统的输出激励的计算表达式为：
[0035][0036]其中，F
液
(t)表示输出激励，k
i
表示等效刚度，Y
i
表示叶片各个截面的响应，表示叶片截面的响应与外部激励之间的相位差，t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、获取待测试叶片的各截面属性参数；步骤S2、在待测试叶片上增加液压系统形成叶片
‑
弹性振动系统，并将液压系统等效为弹性元件，结合待测试叶片的各截面属性参数建立叶片
‑
弹性振动系统的叶片
‑
弹性元件振动系统模型；步骤S3、对叶片
‑
弹性元件振动系统模型进行求解得到叶片
‑
弹性振动系统的固有频率和弹性元件的等效刚度之间的关系；步骤S4、以叶片
‑
弹性元件振动系统模型中截面弯矩和待测试叶片的设计大纲中目标载荷弯矩之间误差最小为目标，计算得到误差最小时的外部激励，此时通过外部激励下叶片的振动响应可以得到叶片各个截面的响应，以及叶片截面的响应与外部激励之间的相位差；步骤S5、将误差最小时的外部激励中的选取的频率作为叶片
‑
弹性振动系统的固有频率，根据固有频率和弹性元件的等效刚度之间的关系计算得到弹性元件的等效刚度；步骤S6、根据叶片
‑
弹性振动系统的固有频率、等效刚度、叶片各个截面的响应，以及叶片截面的响应与外部激励之间的相位差得到液压系统的输出激励。2.根据权利要求1所述的一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法，其特征在于，当待测试叶片连接有独立激振设备进行外部激振时，液压系统的输出激励的计算表达式为：其中，F
液
(t)表示输出激励，k
i
表示等效刚度，Y
i
表示叶片各个截面的响应，表示叶片截面的响应与外部激励之间的相位差，t表示时间，ω2表示叶片
‑
弹性振动系统的固有频率，i表示叶片上的第i个截面。3.根据权利要求1所述的一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法，其特征在于，当待测试叶片连接的液压系统作为外部激振时，液压系统的输出激励的计算表达式为：其中，F
液
(t)表示输出激励，k
i
表示等效刚度，Y
i
表示叶片各个截面的响应，表示叶片截面的响应与外部激励之间的相位差，t表示时间，ω2表示叶片
‑
弹性振动系统的固有频率，i表示叶片上的第i个截面，F
i
表示步骤S4中误差最小时的外部激励中第i个截面处所需激振力的幅值。4.根据权利要求1所述的一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法，其特征在于，所述叶片
‑
弹性元件振动系统模型中每个截面之间的传递矩阵H
i
的表达式如下：其中，m
i
表示当前截面与前一段截面之间叶片段的质量，E为弹性模量，I
i
是第i截面的
惯性矩，l
i
表示当前截面与前一段截面之间叶片段的长度，k
i
表示等效刚度，ω2表示叶片
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弹性振动系统的固有频率，i表示叶片上的第i个截面。5.根据权利要求1所述的一种风机叶片疲劳测试的加载控制方法，其特征在于，所述步骤S4中误差最小时的外部激励中的选取的频率大于待测试叶片自身建立的叶片动力学模型的固有频率。6.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：周爱国，施金磊，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：