[发明专利]一种风力机叶片共振式疲劳试验载荷配置方法

说明书

本发明公开了一种风力机叶片共振式疲劳实验载荷配置方法，通过对实验加载配重装置的位置与质量进行优化布置，实现试验载荷与目标载荷达到良好的符合程度，从而保证疲劳实验的加载精度，实现测试叶片承受疲劳载荷能力的效果，并获得比较精确的叶片疲劳性能参数，满足叶片设计研发与检测的需求。首先建立叶片的动力学数学模型，并在该叶片模型中，以加载配重装置的位置和配重质量为优化变量，以目标载荷为优化目标，进行叶片动力特性的优化分析，计算得到满足优化目标的配重位置与配置质量，并据此制定测试的加载方案。与现有风力机叶片疲劳测试技术相比，该方法将叶片结构动力特性分析与优化计算相结合，获得符合叶片所希望的载荷加载方案。

技术领域

本发明涉及机械行业风力发电技术领域，涉及风力机叶片疲劳试验中的载荷配置，尤其涉及一种风力机叶片共振式疲劳试验中的载荷配置方法，该方法将叶片结构动力学数值计算与配重块优化设计相结合，进行载荷方案的确定，可实现周期短、成本低、能够精确地实现叶片的加载效果。

背景技术

风电叶片疲劳损伤问题是风电叶片设计、制造、运行中所关注的一项重要内容。导致疲劳破坏的不确定因素很多，疲劳性能很难单纯依赖计算得到，进行全尺寸叶片的疲劳测试可以提供对设计的可靠确认。在现有疲劳试验中，所采用的加载方式有多种方式。其中常用的一种方法是共振式加载方法，如图1所示。这种方法是试验叶片2的叶根部固定安装在试验台基座1，在试验叶片2上安置一处或多处加载装置3(如配重质量块)，通过电动或液压等激振装置4(激振装置4设置在激振装置基座5上)，以接近叶片固有频率的加载频率驱动叶片进行周期振动，实现疲劳测试的目的。由于利用了叶片结构的共振效应，这种方法具有耗能较少的优点，适合于大型叶片长期疲劳实验的经济性要求。

在疲劳试验开始前，试验目标载荷是由试验叶片的业主已经给定的，在后续试验方案的制定中，一个关键问题是如何制定合理的加载方案，以实现这一目标载荷。叶片在实际运行中承受的是气动、惯性等多种载荷的作用，试验目标载荷是对这些载荷进行分析处理而得到的。而共振法疲劳试验时，采用的是离散的加载位置进行加载，因此如何在叶片的不同位置布置加载及配重质量，是能否满足叶片在多个展向截面位置都能达到或接近试验设计载荷的关键。现有的工程应用中，大都是采用试凑的方法进行，即基于以往经验在叶片不同位置布置配重，通过试凑的方法调整配重块的质量与位置，并通过布置在不同截面的应变传感器，观察测试截面的载荷是否能达到或接近目标载荷，这种方法不仅耗时长，经济性差，而且精度不好，很难达到理想的加载效果，尤其很难实现多个叶片截面的载荷都符合或接近目标载荷的目标，存在着难以获得叶片实际寿命情况等缺点。

针对现有共振法疲劳测试的以上问题，本专利提出一种针对共振法叶片疲劳测试的载荷优化调整方法。通过建立所要测试叶片的动力学数学模型，计算其结构振动特性，并在叶片数学模型若干位置增加配重块模型，以配重块质量与布置位置作为优化变量，将结构动力计算与优化算法相结合，获得满足优化目标的配重位置与质量配置参数，最终实现所希望的载荷加载方案。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对目前采用共振加载方式的风力机叶片疲劳测试中，实际施加的疲劳载荷与所希望的疲劳目标载荷难于保持一致，现有的试凑法存在耗时长、经济性差、精度低、难以达到理想效果的缺陷和不足，本发明旨在提供一种风力机叶片共振式疲劳试验载荷配置方法，将叶片结构动力学数值计算与配重块优化设计相结合，通过建立待测风力机叶片的动力学数学模型，计算其结构振动特性，并在叶片数学模型若干位置增加配重块模型，以配重块质量与布置位置作为优化变量，将结构动力计算与优化算法相结合，获得满足优化目标的配重位置与质量配置参数，最终实现所希望的载荷加载方案，可实现比较快速、精准地确定叶片载荷施加方案。

(二)技术方案

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案为：

一种风力机叶片共振式疲劳试验载荷配置方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：