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《風電葉片疲勞試驗振動分析與研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、2013年第2期玻璃鋼／復合材料57風電葉片疲勞試驗振動分析與研究薩昊亮，李成良，余啟明，陳淳(1．武漢工業(yè)學院土木工程與建筑學院，武漢430023；2．中材科技風電葉片股份有限公司，北京102101)摘要：風電葉片疲勞試驗是驗證葉片疲勞壽命的重要手段，本文針對風電葉片疲勞試驗中出現(xiàn)的問題進行分析，重點圍繞激振方式、激振振幅與振動次數(shù)的關(guān)系以及振動原理進行探討，提出在實際操作中切實可行的解決方法。關(guān)鍵詞：風電葉片；疲勞試驗；振動分析；理論研究中圖分類號：TB332文獻標識碼iA文章編號：1003—0999(2013)02—0057—03風電葉片的設(shè)計使用壽命一般為20年，如
2、何在載荷與截面位置為凹曲線關(guān)系。由圖2可知，各截葉片設(shè)計階段驗證其疲勞壽命一直是葉片設(shè)計的重面試驗載荷與等效疲勞載荷相差較大，若從葉根開點和難點。眾所周知，疲勞損傷是導致葉片損壞的始包絡(luò)試驗載荷，則會導致其余截面試驗載荷大幅主要原因之一，嚴重影響風電葉片的使用壽命和安超過等效疲勞載荷，存在不能有效驗證葉片使用壽全運行。由于葉片疲勞壽命分析的理論方法尚不成命的風險。因此，單點激振一般用于對疲勞安全系熟，單純依靠理論計算的結(jié)果往往和實際有較大差數(shù)較小的危險區(qū)域進行針對性測試，或分段驗證葉距，因此風電葉片疲勞試驗是檢驗其壽命和質(zhì)量的片的疲勞壽命。關(guān)鍵一環(huán)，同時將實測數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)
3、進行計較，可以有效驗證理論分析的可靠性¨J。本文重點對風電葉片疲勞試驗的振動原理進行理論分析，為從事葉片疲勞試驗的測試人員提供理論依據(jù)和實踐指導。1激振方式1．1單點激振單點激振是指只有一個加載點的激振方式，在葉片某截面安裝激振系統(tǒng)，由激振系統(tǒng)偏心輪旋轉(zhuǎn)圖2單點激振各截面載荷曲線產(chǎn)生的離心力對葉片施加交變恒幅載荷，通過調(diào)節(jié)1．2多點激振偏心輪的轉(zhuǎn)速和偏心輪的質(zhì)量，使其旋轉(zhuǎn)頻率與葉片固有頻率接近，進而產(chǎn)生共振達到激振效果，單點多點激振是指通過多個加載點進行加載激振的試驗方法，主要是通過液壓升降設(shè)備，同時對葉片多激振如圖1所示。單點激振方式對試驗設(shè)備和試驗成本要求較低，是目前國
4、內(nèi)進行風電葉片疲勞試驗截面進行同步加載和卸載，進而達到激振效果，示意圖見圖3。多點激振方式對試驗設(shè)備和試驗成本要的主要方式。求較高，目前只有國外少數(shù)的試驗室可以進行多點加載。圖1單點激振示意圖由于只有一個加載點，各截面的試驗載荷與截面位置近似為線性關(guān)系，而葉片各截面的等效疲勞圖3多點激振示意圖收稿日期：2012．12-03基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(2009AA034503)作者簡介：薩吳亮(1987一)，男，碩士在讀，主要從事風電葉片全尺寸試驗研究。劇強l258風電葉片疲勞試驗振動分析與研究2013年3月由于有多個加載點共同作用，并且可以精確調(diào)3振幅調(diào)控原理節(jié)各加載
5、點的位置、載荷和振動頻率，可以使葉片各根據(jù)振動力學分析振幅調(diào)控原理，假設(shè)葉片和截面的試驗載荷近似于等效疲勞載荷，見圖4。因激增系統(tǒng)的固定質(zhì)量為，偏心輪質(zhì)量為m，偏心此多點激振方式一般用于對葉片全截面進行等效疲距為e，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角速度為，葉片視為剛度為k／2勞載荷包絡(luò)測試。的兩個并聯(lián)彈簧，振動過程中所受阻力簡化為與彈簧并聯(lián)的阻尼系數(shù)為c的阻尼器對系統(tǒng)的作用，建立葉片振動的力學模型，如圖5所示。圖4多點激振各截面載荷曲線多點激振對試驗場地和設(shè)備精度要求較高，試圖5葉片振動的力學模型圖驗前調(diào)試時間較長，據(jù)統(tǒng)計多點激振測試在國外有根據(jù)文獻[2]，可知：經(jīng)驗的測試機構(gòu)至少需要一年以上
6、，而單點激振則頻率比為：只需1至2個月準備時間，半年即能完成測試。本A：文針對國內(nèi)普遍采用的單點激振方式進行分析與n研究。無阻尼時系統(tǒng)的固有頻率為：2振幅與振動次數(shù)的關(guān)系(-On√根據(jù)等損傷原則，運用GL2010版中的S／N曲相對阻尼系數(shù)為：線公式如下：一竺R+lRI一{2TS—R+，，，，s一22(TMb／C16)S相位差為：D=∑nⅣch=tan-1經(jīng)轉(zhuǎn)化：穩(wěn)態(tài)振動的振幅為：5肼=[]‘而辛其中，n為試驗振動次數(shù)；N為允許振動次數(shù)；D由式(8)、式(9)畫出的不同阻尼系數(shù)情況下為疲勞損傷；S為危險截面幅值應力；S為危險相位差和隨頻率比A變化的曲線族，稱為相頻截面均值應；
7、R¨為材料分項系數(shù)。因此S、S¨、s、、R均為常數(shù)。響應曲線和幅頻響應曲線，見圖6。經(jīng)轉(zhuǎn)換得到振幅與振動次數(shù)的關(guān)系如下：lOD5J馴習一0l090。?C、050sl【】=--一l0朋加1由上式可知，若試驗振幅偏小，振動次數(shù)呈指數(shù)0102．03．04．02=山級增加，若試驗振幅不能達到要求，則會增加試驗時，050l／間，嚴重影響試驗進度，并大幅提高試驗費用。因此／譬；廠如何有效調(diào)控振幅達到設(shè)計值是疲勞試驗能否順利進行的前提。鼬，c
8、
9、2以2013年第2期玻璃鋼／復合材料59由幅頻響應曲線可知，當A=1達到共振時，振(
