風(fēng)電機(jī)組載荷測(cè)試及壽命預(yù)測(cè)技術(shù)的研究.pdf

1、機(jī)械載荷測(cè)試是風(fēng)電機(jī)組型式試驗(yàn)中最重要的項(xiàng)目，壽命預(yù)測(cè)是關(guān)鍵部件安全設(shè)計(jì)中最重要的步驟。載荷測(cè)試和壽命預(yù)測(cè)是風(fēng)電機(jī)組承載部件進(jìn)行型式試驗(yàn)有可能涉及到的最復(fù)雜、最花費(fèi)精力的測(cè)試項(xiàng)目。IEC的載荷測(cè)試方法已經(jīng)發(fā)布了約10年沒(méi)有進(jìn)一步變化，近幾年GL和歐美的檢驗(yàn)專(zhuān)家都在不斷審視當(dāng)前通用載荷測(cè)試方法的適用性，IEC的專(zhuān)家也有提出把壽命預(yù)測(cè)方法加到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的建議，這就需要討論預(yù)測(cè)時(shí)是采用線性損傷累積方法還是非線性損傷累積的方法問(wèn)題。
　　

2、本文從工程實(shí)際中遇到的問(wèn)題出發(fā)，針對(duì)風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件——風(fēng)輪葉片的疲勞載荷和壽命預(yù)測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了分析，首先使用行業(yè)中通行的軟硬件搭建了具有通用意義的風(fēng)電機(jī)組葉片疲勞載荷數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，隨后依據(jù)IEC和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，按照等效載荷的需求，使用傳統(tǒng)線性損傷累積方法對(duì)風(fēng)力機(jī)載荷部件的疲勞壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并初步分析了系統(tǒng)預(yù)測(cè)誤差，順帶概括了非線性預(yù)測(cè)在系統(tǒng)測(cè)試中的可行性方案?；谄诹鸭y擴(kuò)展理論，研究了復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)葉片的非線性研究現(xiàn)狀，提出

3、了基于殘余強(qiáng)度復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)葉片疲勞壽命預(yù)測(cè)理論方法以及具體殘余強(qiáng)度因子的確定方法。最后結(jié)合材料特性和整機(jī)載荷測(cè)試數(shù)據(jù)，選擇某兆瓦級(jí)復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了基于殘余強(qiáng)度的非線性損傷累積方法進(jìn)行了壽命預(yù)測(cè)實(shí)踐。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）首先描述了壽命預(yù)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)來(lái)源——使用IMC公司軟硬件搭建的行業(yè)通用型風(fēng)電機(jī)組葉片疲勞載荷數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)。然后根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)疲勞載荷譜進(jìn)行了線性損傷累積方法的計(jì)算，得到了其壽命周期

4、內(nèi)的等效載荷譜，隨后對(duì)預(yù)測(cè)壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行了誤差分析；最后對(duì)非線性損傷累積的測(cè)試方案進(jìn)行了初步探討，提出了材料特性對(duì)非線性方法的需求，再根據(jù)誤差提出線性方法分析所遇到的問(wèn)題。
　　（2）從材料特性的角度闡述了線性方法的不合理性，詳細(xì)闡述了行業(yè)中復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)非線性疲勞壽命預(yù)測(cè)的應(yīng)用現(xiàn)狀。從理論角度分析研究了殘余強(qiáng)度非線性損傷累積方法在分析各向異性復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。從材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)角度研究了殘余強(qiáng)度非線性壽命預(yù)測(cè)公式的演變過(guò)程，

5、然后完整歸納提出了基于殘余強(qiáng)度的復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)葉片壽命預(yù)測(cè)的理論公式。
　　（3）研究了結(jié)構(gòu)材料和整機(jī)的加載方法，詳細(xì)描述了層壓結(jié)構(gòu)特性參數(shù)的采集過(guò)程和試驗(yàn)過(guò)程，按照材料常幅加載——變幅加載——二三模塊譜加載——WISPER譜加載的順序得到獲得修正的復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)的S-N曲線。研究了整機(jī)模態(tài)參數(shù)的獲得方法，隨后指明了在Bladed軟件中模擬葉片整機(jī)載荷測(cè)試過(guò)程和疲勞壽命累積和預(yù)測(cè)的過(guò)程。
　?。?）研究了基于殘余強(qiáng)

6、度復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)葉片壽命預(yù)測(cè)結(jié)果的精度問(wèn)題。通過(guò)典型整機(jī)葉片測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了誤差分析嘗試。
　?。?）通過(guò)分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)外風(fēng)力機(jī)疲勞載荷測(cè)試機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀、國(guó)內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組相關(guān)認(rèn)證、檢測(cè)機(jī)構(gòu)的能力對(duì)比情況，研究了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中增加壽命預(yù)測(cè)指標(biāo)的可行性。
　　總結(jié)上述內(nèi)容，本文在復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)葉片疲勞壽命預(yù)測(cè)方面有以下創(chuàng)新點(diǎn)：
　　（1）總結(jié)并提出了切實(shí)可行的實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)與基于Bladed模擬載荷數(shù)據(jù)對(duì)比改進(jìn)兆瓦級(jí)復(fù)合

7、材料層壓結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)的一套方法。
　　（2）完整總結(jié)提出了基于殘余強(qiáng)度的復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)葉片疲勞載荷和壽命預(yù)測(cè)方法，并通過(guò)整機(jī)葉片實(shí)測(cè)載荷數(shù)據(jù)與模擬載荷數(shù)據(jù)對(duì)比的方法驗(yàn)證了該壽命預(yù)測(cè)方法的有效性。
　　（3）依據(jù)材料和結(jié)構(gòu)測(cè)試通用規(guī)則，搭建并完成了一套從材料到整機(jī)實(shí)測(cè)的風(fēng)力機(jī)葉片的基本特性參數(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)，并通過(guò)模型和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)兩個(gè)方面對(duì)基于殘余強(qiáng)度的復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)葉片疲勞載荷和壽命預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了驗(yàn)證。