风电叶片疲劳试验振动分析与研究

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1、2013年第2期玻璃钢／复合材料57风电叶片疲劳试验振动分析与研究萨昊亮，李成良，余启明，陈淳(1．武汉工业学院土木工程与建筑学院，武汉430023；2．中材科技风电叶片股份有限公司，北京102101)摘要：风电叶片疲劳试验是验证叶片疲劳寿命的重要手段，本文针对风电叶片疲劳试验中出现的问题进行分析，重点围绕激振方式、激振振幅与振动次数的关系以及振动原理进行探讨，提出在实际操作中切实可行的解决方法。关键词：风电叶片；疲劳试验；振动分析；理论研究中图分类号：TB332文献标识码iA文章编号：1003—0999(2013)02—0057—03风电叶片的设计使用寿命一般为20年，如

2、何在载荷与截面位置为凹曲线关系。由图2可知，各截叶片设计阶段验证其疲劳寿命一直是叶片设计的重面试验载荷与等效疲劳载荷相差较大，若从叶根开点和难点。众所周知，疲劳损伤是导致叶片损坏的始包络试验载荷，则会导致其余截面试验载荷大幅主要原因之一，严重影响风电叶片的使用寿命和安超过等效疲劳载荷，存在不能有效验证叶片使用寿全运行。由于叶片疲劳寿命分析的理论方法尚不成命的风险。因此，单点激振一般用于对疲劳安全系熟，单纯依靠理论计算的结果往往和实际有较大差数较小的危险区域进行针对性测试，或分段验证叶距，因此风电叶片疲劳试验是检验其寿命和质量的片的疲劳寿命。关键一环，同时将实测数据与设计数据

3、进行计较，可以有效验证理论分析的可靠性¨J。本文重点对风电叶片疲劳试验的振动原理进行理论分析，为从事叶片疲劳试验的测试人员提供理论依据和实践指导。1激振方式1．1单点激振单点激振是指只有一个加载点的激振方式，在叶片某截面安装激振系统，由激振系统偏心轮旋转图2单点激振各截面载荷曲线产生的离心力对叶片施加交变恒幅载荷，通过调节1．2多点激振偏心轮的转速和偏心轮的质量，使其旋转频率与叶片固有频率接近，进而产生共振达到激振效果，单点多点激振是指通过多个加载点进行加载激振的试验方法，主要是通过液压升降设备，同时对叶片多激振如图1所示。单点激振方式对试验设备和试验成本要求较低，是目前国

4、内进行风电叶片疲劳试验截面进行同步加载和卸载，进而达到激振效果，示意图见图3。多点激振方式对试验设备和试验成本要的主要方式。求较高，目前只有国外少数的试验室可以进行多点加载。图1单点激振示意图由于只有一个加载点，各截面的试验载荷与截面位置近似为线性关系，而叶片各截面的等效疲劳图3多点激振示意图收稿日期：2012．12-03基金项目：国家高技术研究发展计划(2009AA034503)作者简介：萨吴亮(1987一)，男，硕士在读，主要从事风电叶片全尺寸试验研究。剧强l258风电叶片疲劳试验振动分析与研究2013年3月由于有多个加载点共同作用，并且可以精确调3振幅调控原理节各加载

5、点的位置、载荷和振动频率，可以使叶片各根据振动力学分析振幅调控原理，假设叶片和截面的试验载荷近似于等效疲劳载荷，见图4。因激增系统的固定质量为，偏心轮质量为m，偏心此多点激振方式一般用于对叶片全截面进行等效疲距为e，转子的转动角速度为，叶片视为刚度为k／2劳载荷包络测试。的两个并联弹簧，振动过程中所受阻力简化为与弹簧并联的阻尼系数为c的阻尼器对系统的作用，建立叶片振动的力学模型，如图5所示。图4多点激振各截面载荷曲线多点激振对试验场地和设备精度要求较高，试图5叶片振动的力学模型图验前调试时间较长，据统计多点激振测试在国外有根据文献[2]，可知：经验的测试机构至少需要一年以上

6、，而单点激振则频率比为：只需1至2个月准备时间，半年即能完成测试。本A：文针对国内普遍采用的单点激振方式进行分析与n研究。无阻尼时系统的固有频率为：2振幅与振动次数的关系(-On√根据等损伤原则，运用GL2010版中的S／N曲相对阻尼系数为：线公式如下：一竺R+lRI一{2TS—R+，，，，s一22(TMb／C16)S相位差为：D=∑nⅣch=tan-1经转化：稳态振动的振幅为：5肼=[]‘而辛其中，n为试验振动次数；N为允许振动次数；D由式(8)、式(9)画出的不同阻尼系数情况下为疲劳损伤；S为危险截面幅值应力；S为危险相位差和随频率比A变化的曲线族，称为相频截面均值应；

7、R¨为材料分项系数。因此S、S¨、s、、R均为常数。响应曲线和幅频响应曲线，见图6。经转换得到振幅与振动次数的关系如下：lOD5J驯习一0l090。⋯C、050sl【】=--一l0朋加1由上式可知，若试验振幅偏小，振动次数呈指数0102．03．04．02=山级增加，若试验振幅不能达到要求，则会增加试验时，050l／间，严重影响试验进度，并大幅提高试验费用。因此／譬；厂如何有效调控振幅达到设计值是疲劳试验能否顺利进行的前提。鼬，c

8、

9、2以2013年第2期玻璃钢／复合材料59由幅频响应曲线可知，当A=1达到共振时，振(