[发明专利]兆瓦级风力发电复合材料叶片疲劳寿命的预测方法

权利要求书

1.一种兆瓦级风力发电复合材料叶片疲劳寿命的预测方法，其特征在于，包括：

步骤一、根据气象局数据，结合复合材料温度场计算模型进行叶片温度场的计算，得到时间-叶片温度及温度梯度荷载时程曲线；

步骤二、开发叶片-风速-风向有限元耦合动力学模型，采用预处理共轭梯度法求解耦合系统振动方程，在微机上进行叶片-风速-风向耦合系统动力仿真计算，结合步骤一中时间-叶片温度及温度梯度荷载时程曲线，得到时间梯度温度荷载下叶片各部的应力时程曲线；

步骤三、开发考虑叶片疲劳裂纹、外物损伤缺口与风速相互作用的风速-裂纹-缺口的相互作用模型，用所述风速-裂纹-缺口的相互作用模型进行风速作用下叶片各部的应力时程曲线计算，结合步骤一中时间-叶片温度及温度梯度荷载时程曲线的计算结果，得到风速-裂纹-缺口作用下叶片上各部的应力时程曲线；

步骤四、用叶片-风速-风向有限元耦合动力学模型进行叶片自重荷载下叶片各部应力时程曲线的计算，得到叶片自重载荷下叶片各部应力时程曲线；

步骤五、步骤二，步骤三，步骤四中的应力时程曲线相加，得到组合载荷下叶片各部的应力时程曲线；

步骤六、用雨流计数法对步骤五中的应力时程曲线进行计算，得到组合载荷下叶片各部二维疲劳应力谱；建立等幅疲劳中值S_n-S_m-N曲面，根据Miner线性疲劳累积损伤准则，基于二维疲劳应力谱对叶片的疲劳寿命进行估算。

2.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电复合材料叶片疲劳寿命的预测方法，其特征在于，从气象局网站下载包括上一年度的日平均风速、日平均气温、日最低气温、日最高气温、日最大风速；借鉴工程结构物温度场研究成果，建立复合材料温度场计算模型。

3.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电复合材料叶片疲劳寿命的预测方法，其特征在于，所述疲劳裂纹的预测方法为：获取复合材料叶片的三维CAD模型和材料参数，确定疲劳裂纹的位置、裂纹的深度和裂纹的宽度，对健康叶片的三维CAD模型进行切割和剖分，对裂纹叶片进行网格划分，构建出含真实裂纹扩展路径的叶片有限元模型，对裂纹叶片进行加速转动过程中的振动相应分析，获取裂纹裂片在叶尖处尾缘的位移振动响应以及裂纹面上的接触压力响应方程；建立健康叶片的有限元模型，对健康叶片进行加速转动过程中的振动相应分析，获取裂纹裂片在叶尖处尾缘的位移振动响应以及裂纹面上的接触压力响应方程，将裂纹叶片和健康叶片在加速过程中的位移振动响应进行比较，确定叶片疲劳裂纹的位置、宽度、深度。

4.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电复合材料叶片疲劳寿命的预测方法，其特征在于，所述外物损伤缺口的预测方法为：对运行多年的复合材料叶片进行扫描分析，获得外物损伤缺口的形貌特征以及几何尺寸，对外物损伤缺口的形貌特征以及几何尺寸进行时间均值化，构建时间-风速-外物损伤缺口模型，根据时间-风速-外物损伤缺口模型采用叠加缺口进行计算，获得健康叶片在风速中运行产生的外物损伤缺口。

5.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电复合材料叶片疲劳寿命的预测方法，其特征在于，所述疲劳裂纹包括叶背面疲劳裂纹和叶片前缘疲劳裂纹。

6.根据权利要求3所述的兆瓦级风力发电复合材料叶片疲劳寿命的预测方法，其特征在于，所述的剖分具体为分隔成四边形并利用四边形网格进行划分。

7.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电复合材料叶片疲劳寿命的预测方法，其特征在于，步骤二、步骤三采用APDL二次开发语言，ANSYS通用有限元软件环境条件下进行开发。