叶片动态应变随工况变化的响应特性研究

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1、第33卷第8期可再生能源Vol.33No.82015年8月RenewableEnergyResourcesAug.2015叶片动态应变随工况变化的响应特性研究11，21，21，21，211，2，3云萌，汪建文，马剑龙，侯亚丽，白叶飞，赵元星，罗坤（1.内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特010051；2.风能太阳能利用技术省部教育部共建重点实验室，内蒙古呼和浩特010051；3.能源清洁利用国家重点实验室，浙江大学，浙江杭州310027）摘要：基于应力应变动态旋转遥测技术，针对直径1.4m的NACA4415翼型水平轴风力机风轮模型开展动态应变实验，得出不同工况下叶片气动中心线上各个

2、测点应变值随气动力和离心力的变化规律。试验结果表明：离心力对叶片表面动态应变的影响显著强于气动力；气动力对叶片表面动态应变的影响由叶根至叶尖逐渐增强；叶片气动中心线上各点应变值随离心力（转速）的升高而增大，且其生长特性近似成线性。从叶根至叶尖，气动中心线上各测点应变值随离心力变化的敏感性呈逐渐下降趋势；同一工况下，从叶根至叶尖，叶片气动中心线上各点应变值逐渐减小，且其衰减规律成非线性曲线形式。相关研究成果，可为风力机结构安全性设计提供一定的理论支撑。关键词：风力机；叶片；动态应变；工况；响应特性中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）08-1

3、154-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.08.006[4]0引言做出了评估。除此之外，美国一些研究中心、高叶片是风力机的关键动力承载部件，掌握其校也对叶片静载状态下的受力情况做了较深入的[5]~[8]动态应力应变特性是风力机结构安全性设计的基研究。础环节。叶片受力主要包括气动力、离心力，叶片国内在风机叶片特性方面的研究较少，所见动态应变值随工况（气动力、离心力）变化的响应研究往往只针对叶片单独节点进行动态应变测[9]，[10]特性研究一直是风力机行业关注的热点问题。但试，专门针对叶片气动中心线上整体应变值受限于传统实验测试设备研发的

4、滞后，使得这方随工况变化的响应特性研究则更少。面研究工作进展仍相对缓慢，相关研究工作开展综合上述现状分析可知，风力机应力应变测多基于数值计算，其可靠性缺乏相关实验数据的试研究多基于叶片静载时的模态分析技术开展，支撑。关于风力机叶片整体结构上动态应变值特性方面国外在叶片动态应变测试方面的研究起步较的研究发展仍相对滞后。随着风力机大型化和小早，相关研究较丰富，技术相对较先进。英国的型多用途化的普及，仍有很多相关测试工作急需Dutton和Hahn采用应力分析方法，对叶片进行开展。本文基于新近开发的专门针对风力机叶片了静载疲劳实验，得到了叶片出现疲劳损伤的应设计的动态应力应变旋转遥测

5、设备开展实验测[1]力分布。Chiachenciang利用光纤光栅方法，对试，着力于分析叶片气动中心线上应变值随气动叶片进行了静载实验，得出了静载条件下叶片载力和离心力变化响应的敏感性及规律性。相关测[2]荷与疲劳损伤间的联系。PFPai和Grisso利用试方法属开创探索性工作，所获测试数据有望为压电陶瓷（piezoelectricceramictransducer，PZT）我国相关分析研究提供可靠的实验数据支撑，推传感器发送叶片激励信号，对叶片各位置静模态动我国相关方面研究工作的进展。[3]下的应变情况做了相关的分析研究。MarkA1实验方案Rumsey利用AENDT系统，

6、对出现疲劳损伤的叶测试在内蒙古工业大学新能源示范基地B1/片进行了应力分布的研究，并对叶片损伤的等级k2低速低湍流风洞开口实验段前，小型风力机专收稿日期：2015-04-03。基金项目：内蒙古自然科学基金项目（2014MS0548）；风能太阳能利用技术省部共建教育部重点实验室开放基金资助项目（201407）。作者简介：云萌（1989-），男，硕士研究生，研究方向为小型风力机叶片动态应力应变技术。E-mail：jilinyunmeng@163.com·1154·云萌，等叶片动态应变随工况变化的响应特性研究用测试台架上进行。为布点的实效性，首先进行风轮叶片静载模态测试，获得叶片模

7、态振型节点。在此基础上，综合考虑叶片气动中心线择选测点进行叶片应变值动态测试。1.1叶片静载模态实验（c）三阶振型1.1.1实验设备及方法图2叶片三阶以下振型采用丹麦B&K公司PULSE16.1结构振动测Fig.2Theblademodelshapeblow3-order试分析系统进行测试，借助4375型加速度传感654321器、3050-A-6/0数据采集卡、力锤等设备，对NACA4415风轮上的单只叶片（三支叶片振动节点存在相似性）进行模态测试，传感器布置及实验R0.85R0.7R0.55R0.35