[发明专利]考虑雨滴侵蚀的风力发电机叶片涂层疲劳分析方法

权利要求书

1.一种考虑雨滴侵蚀的风力发电机叶片涂层疲劳分析方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1：根据不同的降雨强度I与降雨时长t_s建立若干个随机雨场模型；

S2：运用有限元仿真计算分析不同雨滴撞击叶片产生的应力；

S3：计算随机雨场下涂层所受的撞击应力；

S4：计算不同降雨强度I下叶片涂层疲劳寿命t_I；

S5：统计全年降雨时长t_A与各个降雨强度出现的概率P_I：

S6：重复步骤S3、S4获得多个不同降雨强度I下叶片涂层疲劳寿命，根据S4、S5的计算结果，运用下述公式计算风力发电机叶片涂层疲劳寿命t_f

2.根据权利要求1所述的考虑雨滴侵蚀的风力发电机叶片涂层疲劳分析方法，其特征在于，所述的S1具体为：首先确定随机雨场中的雨滴个数k，然后确定每个雨滴的参数，包括每个雨滴的直径、雨滴的形状、雨滴撞击角度θ和雨滴撞击位置，根据k个雨滴的相关属性，构建随机雨场模型；

(1)所述的雨滴个数k通过下式计算得到：

λ＝48.88I^0.15

其中，λ为单位体积内预计的雨滴个数，P(N(V)＝k)是在V体积内存有雨滴个数k的概率，I是降雨强度，单位为mm h^-1；雨滴被认为是均匀分布在一个体积V的空间内，

降雨空间体积V的计算公式为：

V＝S×v×t_s

其中，S为降雨投影区域，即叶片涂层区域；v为雨滴撞击的相对速度，即叶片线速度与雨滴速度相加；t_s为降雨时长；

(2)所述的每个雨滴的直径通过下式计算得到：

其中，F为雨滴尺寸d的累计分布函数，d为雨滴尺寸，单位为mm，I是降雨强度，单位为mmh^-1；

(3)所述的雨滴的形状的确定为根据雨滴类别的发生概率确定雨滴的类别，并根据具体的类别进行几何建模；

所述雨滴形状分为扁平椭圆形、纺锤椭圆形、正球形，三种类别发生概率分别为27％、55％和18％；对于正球形雨滴，直接根据雨滴半径进行建模；对于扁平椭圆形、纺锤椭圆形，通过轴比公式完成雨滴的几何建模；

a＝1.030-0.124r₀

其中，α为短轴与长轴的轴比，r₀为等效球形雨滴半径，即r₀＝d/2；

(4)雨滴撞击角度θ遵循[0,90°]的均匀分布；

(5)雨滴撞击位置为叶片涂层区域中的任意位置，均匀分布。

3.根据权利要求1所述的考虑雨滴侵蚀的风力发电机叶片涂层疲劳分析方法，其特征在于，所述S2具体包括如下子步骤：

S2.1：构建叶片模型，进行网格划分，设置相关复合材料属性，设置约束条件：

S2.2：根据不同的雨滴尺寸、形状构建不同的单个雨滴，进行网格划分，设置雨滴的撞击速度与撞击角度，运用有限元仿真软件，结合光滑流体动力学方法进行仿真分析，计算单个雨滴的撞击应力；

S2.3：获取有限元仿真分析中叶片涂层各处的Von Mises应力作为撞击应力；

S2.4：重复步骤S2.2～S2.3，仿真计算多种状况下的雨滴撞击应力，所述的多种状况包括不同雨滴直径、不同雨滴形状、不同撞击角度和不同撞击速度的组合。

4.根据权利要求1所述的考虑雨滴侵蚀的风力发电机叶片涂层疲劳分析方法，其特征在于，所述S3具体包括如下子步骤：

S3.1：根据S1构建的雨场模型，确定了单个随机雨滴的大小、形状、撞击角度和速度后，以撞击点为中心，以N倍雨滴直径的圆形区域被认为是受雨滴撞击影响的区域，N为9～11：

S3.2：根据S2中计算得到的一系列状况下的雨滴撞击应力，选择同一类型的雨滴形状，搜索S2计算得到的具有最近雨滴直径、撞击角度和撞击速度的撞击状况的应力结果，对该圆形区域内的应力进行插值计算；

S3.3：针对每一个雨滴，重复步骤S3.1～S3.2，直到k个雨滴的对叶片造成的撞击应力全部计算完成。