[发明专利]含缺陷风电叶片主梁在随机载荷作用下的寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种含缺陷风电叶片主梁在随机载荷作用下的寿命预测方法，针对带有褶皱缺陷的风力机叶片，对叶片载荷的随机变化情况进行全面考虑，实现了更为接近真实情况下的风力机叶片主梁寿命预测，大大提高了疲劳寿命预测的准确度。本发明以带有褶皱缺陷的叶片材料S‑N曲线为基础，将承受应力幅值和应力均值共同作用的疲劳寿命看作二元函数，提出修正的Miner准则进行损伤累积的评估，从而建立随机载荷下实际风力机叶片疲劳寿命预测模型，实现叶片寿命预测。

技术领域

本发明涉及复合材料寿命预测技术领域，更具体的说是涉及一种带有制造缺陷风电叶片主梁在随机载荷作用下的寿命预测方法。

背景技术

目前，对于风力机叶片主梁寿命预测方法大多针对理想叶片恒幅载荷的情况，而实际风场中风力机叶片很多带有制造缺陷，工作环境不稳定，载荷变化复杂，仅针对理想叶片恒幅载荷情况来预测风力机叶片主梁寿命具有一定片面性。

因此，如何实现真实情况下风力机叶片主梁寿命的准确预测是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种含缺陷风电叶片主梁在随机载荷作用下的寿命预测方法，针对带有褶皱缺陷的风力机叶片，对叶片载荷的随机变化情况进行全面考虑，实现了更为接近真实情况下的风力机叶片主梁寿命预测，大大提高了疲劳寿命预测的准确度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

含缺陷风电叶片主梁在随机载荷作用下的寿命预测方法，包括以下步骤：

步骤1：获取风力机运行中各风速下的相关数据，并按照风速进行数据划分；

步骤2：根据各风速下的相关数据中的最大应力和失效循环数，均采用最小二乘法拟合求解S-N曲线；

步骤3：根据最大应力值求解各风速下相应的应力幅值和应力均值；

步骤4：根据应力幅值计算联合概率密度；

步骤5：根据应力幅值和应力均值计算获得风力机叶片的随机载荷作用下循环应力与疲劳寿命的广义S-N曲线方程；

步骤6：根据广义S-N曲线方程，建立应力幅值和应力均值共同作用下的疲劳寿命二元函数，预测获得叶片疲劳寿命。

优选的，步骤2中求解S-N曲线公式为：

S_max＝AlgN+B

其中，S_max为最大应力；N为疲劳寿命；A、B分别为叶片材料参数。

优选的，应力幅值计算公式为：

其中，S_a为应力幅值；S_max为最大应力；R＝S_min/S_max，S_min为各风速下最小应力；

应力均值计算公式为：

S_m为应力均值。用应力幅值S_a和应力均值S_m及其概率分布来描述风力机叶片载荷的随机变化情况，将风力机叶片载荷情况进行全面考虑。

优选的，联合概率密度公式为：

其中，S_a为应力幅值；为应力幅值平均值；为应力幅值标准差；S_m为应力均值；为应力均值平均值；为应力均值标准差。