[发明专利]用于在共振疲劳试验中分析测量信号的方法和使用该方法的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于诸如风机叶片的试验样品的疲劳试验。

背景技术

风机叶片是风力发电机的重要部件，并且可以说整个系统的性能 和使用寿命取决于叶片的性能也未尝不可。对于约几十米长且重于十 吨的新型几兆瓦(MW)叶片，应考虑各种载荷条件来进行设计并通 过试验进行验证。静态试验和疲劳试验可作为用于叶片可靠性验证的 试验。

通常，用于风机叶片的疲劳试验使用如图1所示的疲劳试验装置 100来执行。参照图1，叶片110在根部处固定至试验台120，从而形 成悬臂梁。激励器130安装在叶片110上并向叶片110施加反复力， 以引起悬臂梁振荡。

调整激振力以使得由叶片110的振荡所引起的弯矩分布可超过目 标弯矩分布。叶片110利用共振在目标周期中以某个振幅振动。通常， 该目标周期设置成几百万的周期数。例如，全尺寸疲劳试验需要具有 一百万周期数的翼面试验(flapwisetest)和具有两百万周期数的沿边 试验(edgewisetest)，其花费约三个月的非常长的试验时间。

疲劳试验方法分成两类，即强制位移式疲劳试验和共振式疲劳试 验。在两类试验方法之间，后一种类型因提供所需的更大振荡范围， 因而近来倍受关注。即，共振疲劳试验可在利用共振的固有频率处有 效地进行。由于允许叶片通过较小的驱动力而以大振幅振荡，所以共 振疲劳试验可以大大降低疲劳试验所需的能量。

另外，疲劳试验包括用于在翼面方向(flapwisedirection)上致动 叶片的翼面试验和用于在沿边方向(edgewisedirection)上致动叶片的 沿边试验。单轴试验单独地执行两个试验，而双轴试验同时执行两个 试验。

此外，双轴共振疲劳试验分成以下两种情况：一种情况是在翼面 方向和沿边方向上具有相同频率和恒定振幅，另一种情况是在翼面方 向和沿边方向上具有不同频率和可变振幅。

图2A是示出了在前一种情况中的叶片末端位移的图形，以及图 2B是示出了在前一种情况中在沿边方向上的叶片位移的曲线图。在图 2A中，水平轴表示沿边方向上的叶片末端位移(单位∶英寸)(也称 作超前-滞后末端位移)，而竖直轴表示翼面方向上的叶片末端位移(单 位∶英寸)(也称为摆动末端位移)。在图2B中，水平轴表示时间(单 位∶秒)，而竖直轴表示沿边叶片位移(单位∶米)。另外，图3A是 示出了后一情况中的叶片末端位移的图形，以及图3B是示出了后一 情况中沿边方向上的叶片位移的曲线图。此外，图3C是示出了在后 一情况中重叠在叶片上某些位置处的叶片运动轮廓的图形。在图3B 中，水平轴表示时间(单位∶秒)，而竖直轴表示沿边叶片位移(单位∶ 米)。在图3C中，55.6m、48.0m等分别表示相距叶根的距离。

在前一种情况下，翼面叶片运动和沿边叶片运动之间不发生干涉。 此外，这种运动以单一频率进行。因此能够并且不难预测叶片的行为 特性以及通过谐波分析执行试验设置。

同时，后一种情况比前一种情况更实际。在后一种情况中，具有 不同频率的翼面叶片运动和沿边叶片运动之间发生干扰。因此，无法 进行谐波分析。即使在瞬态分析中，如图3B所示，由于两个频率没 有多大关系，所以获得收敛性是很难的且需要巨大的计算负担。其结 果是，后一种情况使得难以预料叶片的行为特性以及难以执行试验设 置。

实际共振疲劳试验处于动载荷状态中，从而由于刚度耦合，即使 在单轴试验中也会引起如同双轴试验中的叶片的不对称弯曲。因此， 如图3A和图3C所示，叶片在对角线方向上运动，该对角线方向不与 施加于叶片的激振力的方向平行。叶片的这种对角线运动产生具有水 平分量和垂直分量的惯性力，从而引起双轴载荷分量。即，叶片的翼 面和沿边运动之间的干涉内在地引起惯性耦合(或称作质量耦合)。

针对以上原因，在共振疲劳试验期间从叶片测得的、翼面运动和 沿边运动之间受到干涉的信号非常复杂且使得难以提取期望物理量。 因此，为了精确地预测叶片的行为特性以及在共振疲劳试验中有效地 执行试验设置，本领域中需要一种用于分析从叶片测量出的信号的技 术。

发明内容

因此，为了解决上述或任何其它问题，本发明提供了能够在共振 疲劳试验中，从测量信号有效地求出期望物理量的新技术，其中，所 述共振疲劳试验由于耦合效应而造成试验样品的复杂的行为特性和不 对称弯曲。