[发明专利]一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法

权利要求书

1.一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过用于检测风机叶片振动的传感器监测获取风机叶片的振动信号数据，并将所述振动信号数据转化为模态数据；

步骤2，通过有限元分析(FEA)工具将步骤1中的模态数据构建为模型，并在所述模型上添加正交各向异性的材料本构关系和板壳理论的几何特征，得到包括风机叶片载荷F、刚度矩阵K参数的悬臂梁模型；

步骤3，对所述步骤2中得到的悬臂梁模型进行静态载荷分析，计算所述悬臂梁模型的变形量u，u＝{F}/[K]；其中{F}代表叶片受到的综合力，包括自身重力与风力、[K]代表刚度矩阵；

步骤4，对所述步骤2中得到的悬臂梁模型进行动态载荷分析，在叶片根部施加全约束，用有限元软件对单叶片进行模态分析，求得叶片前六阶振型和固有频率，得到叶片故障位置在叶片弯曲方向的振型节点位置，从而获得所述待检测叶片的缺陷位置和缺陷类型。

2.如权利要求1所述的一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法，其特征在于，所述步骤1中，将所述振动信号数据转化为模态数据，具体的：通过对振动信号数据进行参数识别，获得频率、阻尼比及振型作为模态参数，对风力机桨叶进行试验模态分析，将桨叶的内侧一端与轮毂的连接设定为固定连接、另一端设定为自由端，在自由尖端施加激振源，由振动理论可知，在桨叶上某一点施加激振力F,桨叶各点的振动响应x,以及任意2点之间脉冲响应函数h,之间的关系为通过对所测的激振力F_j和振动响应x_i的值进行参数识别得到脉冲响应函数h_ij的傅立叶变换及系统的频响函数即频响函数为式中，M_P、C_P、K_P分别表示经过解偶变换之后的主质量矩阵、主阻尼矩阵和主刚度矩阵，φ_i表示第i个振型向量。

3.如权利要求2所述的一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法，其特征在于：所述步骤1中，所述步骤1中是采用加速度传感器测得风机叶片加速度响应，加速度响应传递函数的虚部设对于采样频率第i阶模态的估计值与真实值之间的误差是ε_k＝H_i-H_ik,其均方误差分别对A、B、C、D求偏导数并令其等于零就可得到＝A、B、C、D的值，再利用式频响函数计算出模态参数阻尼比、振型向量。

4.如权利要求2所述的一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法，其特征在于；所述步骤2中，在所述模型上添加正交各向异性的材料本构关系和板壳理论的几何特征，具体的，是采用SHELL99层合单元进行铺层建模，通过定义各层材料的性质来定义材料层，由下到上一层一层定义材料层的配置，以底层为第一层，后续的层沿单元坐标系的Z轴正方向自底向上叠加，采用中断层的方式把中断的层的厚度设置为零。

5.如权利要求1所述的一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法，其特征在于：所述步骤1是通过安装在风机叶片上的光纤光栅传感器或应变片传感器实时监测风机叶片的状态并获取风机叶片的振动信号数据的。

6.如权利要求1所述的一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法，其特征在于：所述步骤3中，计算所述悬臂梁模型的变形量u后，还包括通过在静态载荷下和动态载荷下对所述悬臂梁模型进行校验。

7.如权利要求1所述的一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法，其特征在于：所述在静态载荷下对所述悬臂梁模型进行校验，具体的，包括：

对悬臂梁模型建立挠度曲线方程0≥x≥L，其中，x为悬臂梁在X方向上的坐标，M(x)为弯矩方程M(x)＝F(L-x)；E表示弹性模量为常数，E＝2.1e11pa；表示惯性矩，d表示风机叶片内环直径；D表示风机叶片外环直径；F表示风机叶片的载荷；L表示受力距离；

对挠度曲线方程进行两次积分，

第一次积分得到

第二次积分

然后在设定的固定端，根据梁截面的挠度和转角等于0确定边界条件，即设定y(0)＝0，θ(0)＝0，C＝0，D＝0，则悬臂梁在x位置的曲度为