[发明专利]一种基于等寿命原则的水平轴风力机叶片缩比模型疲劳测试方法

摘要

本发明公开了一种水平轴风力机叶片缩比模型的疲劳测试方法，其目的在于通过采用低成本、高效率的缩比模型试验检测与计算分析手段，替代全尺寸叶片疲劳测试试验。该方法特点在于，采用尺寸等比例缩小的叶片模型疲劳试验替代传统的全尺寸叶片疲劳测试，并依据缩比模型与原型叶片满足结构等寿命这一要求，用以确定缩比模型的试验载荷。该测试方法既可采用行业现有使用的叶片疲劳测试设备，也可采用低成本的小型试验装置和设备，进行疲劳测试。通过准确的设计与分析，可保证缩比模型与全尺寸叶片有着比较准确的结构尺寸对应关系与载荷对应关系，因此可保证测试结果的准确性。

主权项

一种水平轴风力机叶片的疲劳测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1）依据所要测试评估的原型全尺寸叶片结构特征，设计并制作一个材料相同而结构尺寸等比例缩小的缩尺寸模型叶片，并以该缩尺寸模型叶片作为试验叶片；2）依据等寿命原则，（即缩尺寸模型叶片与原型全尺寸叶片在各自的试验载荷作用下，应保持相同的结构疲劳损伤与寿命分布情况），将原型全尺寸叶片的试验载荷转化为缩尺寸模型叶片的试验载荷，具体步骤如下：（a）采用有限元数值模拟方法，分别建立原型全尺寸叶片与缩尺寸模型叶片的有限元模型；（b）对上述两个有限元模型分别定义一致的边界条件；（c）根据设计部门所提供的原型全尺寸叶片疲劳载荷，取两次计算，分别将疲劳载荷幅值范围的上限值与下限值作为计算载荷施加到原型全尺寸叶片有限元模型上，分别计算在该疲劳载荷上限值与下限值作用下原型全尺寸叶片结构的应力分布情况；（d）将步骤（c）中原型全尺寸叶片各加载点处的疲劳载荷上限值，按照一个相同的比例缩小，并将缩小后的载荷施加到缩尺寸模型叶片的有限元模型上，采取与步骤（c）中一致的计算方法，计算在该载荷作用下缩尺寸模型叶片的结构应力分布情况；（e）分别在原型全尺寸叶片和缩尺寸模型叶片的对应位置选取若干位置点，作为应力对比点;（f）比较原型全尺寸叶片和缩尺寸模型叶片在上述应力对比点处的应力分布情况，如应力分布不一致，则调整施加到缩尺寸模型叶片有限元模型上的载荷；（g）经过若干次调整计算，找到实现原型全尺寸叶片和缩尺寸模型叶片在应力对比点处应力分布一致或近似一致的缩尺寸模型叶片施加载荷，以该载荷作为缩尺寸模型叶片疲劳试验的试验疲劳载荷上限值；（h）将步骤（c）中原型全尺寸叶片各加载点处的疲劳载荷下限值，按照上述（d）‑（g）步骤相同的方式处理，得到缩尺寸模型叶片疲劳试验的试验疲劳载荷下限值；3）按照步骤2）所确定的施加到缩尺寸模型叶片的试验疲劳载荷，对缩尺寸模型叶片进行疲劳试验；4）根据步骤3）缩尺寸模型叶片疲劳测试的结果，实现对原型叶片的结构性能进行评估。