[发明专利]一种分阶段加载的风力机叶片的疲劳测试方法

说明书

本发明公开了一种分阶段加载的风力机叶片的疲劳测试方法，用以准确评估叶片不同部位的抗疲劳性能。该方法的特点在于，在整个叶片疲劳测试周期内，根据叶片不同部位的承载情况，采用分阶段加载策略。通过利用等效疲劳损伤理论，实现叶片不同范围都能承受所要求的疲劳载荷幅值与加载次数的目标。从而实现对叶片抗疲劳性能准确评估的目的。

技术领域

本发明涉及机械行业风力发电技术领域，尤其涉及一种分阶段加载的风力机叶片的疲劳测试方法。

背景技术

风电叶片疲劳损伤问题是风电叶片运行中所关注的一项重要内容。在风电外运行中，风电机组承受多种疲劳载荷的作用。目前的叶片设计都要求风电叶片至少能运行20年以上，也就是要求叶片能够承受20年的疲劳载荷。为了达到这一要求，现有叶片在设计之后，都要开展疲劳测试实验，用以验证其抗疲劳能力。早期的疲劳检测，其叶片的检测考核位置，主要是根据已有的设计计算，确定若干个危险截面，予以考核。因此，在疲劳实验时，也主要是保证这几个截面位置的试验载荷满足设计载荷的要求，而对其它位置的载荷不做严格要求。随着叶片大型化的发展，叶片疲劳损伤问题也更趋复杂化，设计计算所得到的危险截面未必能真实反应实际损伤位置，因此为了更加全面准确地评级叶片的抗疲劳性能，有必要在疲劳测试中，对叶片的更广泛的截面区域，进行准确地施加疲劳载荷，从而验证叶片更大范围的抗疲劳性能。目前，很多叶片疲劳测试时，都要求叶片从叶根到距叶根70％叶展长度的范围内，测试的加载载荷要达到设计的疲劳载荷值。

然而，要实现在叶片较大的截面范围内准确地施加疲劳载荷，是非常困难的。因为叶片在实际运行中，承受多种疲劳载荷的共同作用，如气动载荷、惯性载荷等，具有复杂的载荷谱特征。但在试验台架上开展测试试验时，载荷大都为若干个集中载荷。这些集中载荷在叶片上所产生的载荷-截面位置关系曲线，与气动载荷与惯性载荷等分布式载荷所产生的载荷-截面位置关系曲线，是很难以吻合的。为解决这一问题，目前工程界常采用在叶片若干位置增加一些配重质量的方法，用以改善试验载荷与设计载荷的匹配性，这种方法有一定的效果，但难于根本改善。因此，目前在叶片疲劳测试时，为了保证在指定截面范围达到设计载荷的要求，经常导致局部加载偏大，甚至为了实现个别位置截面的加载载荷达到设计要求，而造成在叶片大部分区域的载荷超标。这样做，不仅导致加载载荷精度的不准确，同时还可能因为局部载荷过大的超标，造成叶片不应有的破坏。

因此，有必要建立更为适合的疲劳加载技术，既能保证叶片评估区域的加载载荷达到设计要求，又能避免局部区域的加载载荷超载过大。同时，实现更为精确的加载，可以更为有效获得叶片的疲劳性能。

发明内容

针对上述需求，本发明提出一种分阶段加载的风电叶片的疲劳测试方法，通过采用损伤等效的原则，根据疲劳测试所要求的载荷与测试条件可实际能够达到的载荷之间的差距，将整个测试周期分成多个阶段实施，在每一阶段，都需要对叶片的加载情况进行有效配置，以保证尽可能多的区域范围可以符合设计载荷所达到的等效损伤情况，对于不能达到等效损伤的区域，将根据剩余的损伤要求，在后续的阶段继续予以疲劳加载，直至所要求的全部范围都达到设计的载荷要求。

(一)要解决的技术问题

针对目前风力机叶片在试验台架上开展疲劳测试时，所要求的载荷施加值与实际加载值无法很好吻合这一问题，本发明提出了一种基于等效疲劳损伤的分阶段加载技术，可实现在所要求评定的叶片范围内，叶片的疲劳损伤情况达到试验设计所要求的情况。

(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：

一种分阶段加载的风力机叶片的疲劳测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

SS1.根据设计单位所提供的疲劳载荷谱，绘制叶片不同截面位置的载荷值与位置坐标之间的关系曲线，该曲线中的载荷值为各截面疲劳力矩的幅值，而各截面的力矩均值为零，该曲线载荷即为疲劳测试的目标曲线；