测试技术在风电叶片静力试验的应用
风电用大型叶片的静强度测试方法及其测试系统[发明专利]
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专利名称：风电用大型叶片的静强度测试方法及其测试系统专利类型：发明专利
发明人：彭超义,刘卓峰,曾竟成,肖加余,袁健,欧阳玉香,杨金水,冯学斌
申请号：CN200910306642.3
申请日：20090907
公开号：CN101634604A
公开日：
20100127
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种风电用大型叶片的静强度测试方法及测试系统，其测试步骤为：先将叶片平放，并通过测试系统的固定支座使叶根一端固定，然后用吊车对叶片进行竖向加载，加载的方式为吊车单点加载后再通过载荷分配梁转换成对叶片的多点加载，再通过叶片加载夹具传递到叶片上，吊车的起吊点、载荷分配梁与叶片加载夹具之间均通过吊索连接，吊索上安装有载荷传感器，叶片上安装有应变片和位移传感器，根据加载过程中分别采集到的受力、形变及位移数据信息，判断出叶片的静强度是否满足设计要求。
本发明的测试方法场地限制小、测试成本低、工艺操作方便、测量结果准确；本发明的测试系统的制作简单、组装方便，成本低，使用寿命长。
申请人：中国人民解放军国防科学技术大学,株洲时代新材料科技股份有限公司
地址：410073 湖南省长沙市砚瓦池正街47号中国人民解放军国防科学技术大学航天与材料工程学院材料工程与
国籍：CN
代理机构：湖南兆弘专利事务所
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大型风力机叶片全尺寸静力测试分析
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奄 Ｑ 毫
大型 风 力 机 叶 片全 尺 寸 静 力测 试 分析
２ ０ １ ４年 ２月
图３ 叶片有 限元模型截面 图
Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ
基金项 目：国家高技术研究发展计划 （ ２ ０ １ ２ Ａ Ａ ０ ５ １ ３ ０ ２ ） ；国家科技支撑计划 （ ２ ０ １ ２ Ｂ Ａ Ａ ０ １ Ｂ ０ ２ ） 作者简介 ：王超 （ １ ９ ８ ２ ． ） ，男 ，硕士 ，主要从事风轮叶片结构设计和分析等相关工作 ，ｗ ｃ ｈ ａ ｏ ６ ０ ６ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
材 料 主要 为 三 轴 布 （ ３ ａ ｘ ） 、 双轴布 （ Ｂ ｉ ａ ｘ ） 以 及 芯 材
运用 专 业 铺 层 软 件 Ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ Ｓ Ｉ Ｍ， 按 照 叶 片铺 层 设 计， 完成 整个 叶 片铺 层 模型 的建 立 ， 并 将铺 层 数 据导 出 。最终 将 网格数 据 和铺层 数据 汇集 到 有 限元 软件 中建 立 叶片有 限元 模 型 ， 如 图 ２和 图 ３所示 。
２ 测试 载荷 下有 限元 结构 分析 ２ ． １ 叶 片有 限元 建模
根据 叶 片气 动外 形 设 计 相 关 数 据 ， 在 三维 绘 图
设计值与静力试 验测试值进行对 比分析 ， 验证 叶片
设计 与 制造 工艺 之 间 的吻合性 。
１ 叶 片简 介
软件 Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ中完成 叶片 的三维模 型建 立。结合 叶 片铺 层设 计 ， 精确定 位 各部 件 的边界 线 ， 利用 Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ 自带 的高级 网格 工具进 行 网格划 分 ¨ ， 在 网格 划分 过程 中严格控制单元质量 ， 尽可能减少 三角形单元 的数 量 。整个 模 型 网格 总计 为 ４ ０ ８ ９ ９个 节 点 ， ４ １ ２ ５ ０
风力机叶片静态载荷分析
风⼒机叶⽚静态载荷分析风⼒机叶⽚静态载荷分析在风⼒机的设计研究中，为了对风⼒机零部件进⾏强度分析、结构⼒特性分析以及寿命计算，确保风⼒机在其设计寿命内能够正常地运⾏，必须对风⼒机及其零部件所受外载荷进⾏计算。
载荷计算是风⼒机设计中最为关键的基础性⼯作，也是所有后续风⼒机设计、分析⼯作的基础.由于风⼒发电机运⾏在复杂的外界环境下，所承受载荷情况⾮常多，根据风⼒机运⾏状态随时间的变化，可以将载荷情况划分为静态载荷、动态载荷和随机载荷。
动态载荷和随机载荷具有时间上和空间上的多变性和随机性，要想准确计算⽐较困难。
⽽静态载荷基本上不考虑风⼒机运⾏状态的改变仅考虑环境条件改变的情况，现就风⼒机的这种静态载荷计算作⼀简要讨论。
静态载荷定义:叶⽚的静态载荷是指施加在不运动结构上的不变载荷.即构件所承受的外⼒不随时间⽽变化，⽽构件本⾝各点的状态也不随时间⽽改变，就是构件各质点没有加速度。
如果整个构件或整个构件的某些部分在外⼒作⽤下速度有了明显改变，即发⽣了较⼤的加速度，研究这时的应⼒和变形问题就是动载荷问题。
静载荷包括不随时间变化的恒载和加载变化缓慢以⾄可以略去惯性⼒作⽤的准静载。
⽬前，国际上很多规范、标准对叶⽚载荷作了详细的规定，如国际电⼯协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL规范和丹麦的DS472标准。
其中应⽤最⼴泛的是IEC61400-1标准和GL标准。
根据IEC61400-1标准，风电机组上的载荷分类主要包括：1.空⽓动⼒载荷2.重⼒载荷3.惯性载荷，包括离⼼⼒和科⽒⼒4.操纵载荷5.其它载荷，如温度载荷和结冰载荷等精确地求出叶⽚上的极限载荷，对风电叶⽚乃⾄整个风电机组的设计⼯作具有重要意义。
风⼒机叶轮的基本载荷风⼒机依靠叶轮将风中的动能转化为机械能，叶轮是风⼒机最主要的承载部件。
叶轮主要承受三种⼒：空⽓动⼒、重⼒和离⼼⼒。
为了便于对风⼒机及其零部件所承受的载荷进⾏计算，根据风⼒机系统的结构形式、运动特点和计算需要，在风⼒机的⼏个特殊位置设置了适当的坐标系，建⽴了⼀个风⼒机四坐标系系统(图1)。
风电机组叶片检验主要项目概述
风机叶片检验主要项目概述风机叶片检验和分析项目主要有以下几种：静态检验疲劳检验室外检验模型分析强度（硬度）检验红外成像分析声学分析超声检查叶片表面质量控制质量分布测量自然频率和阻尼的测定一、静态检验静态检验用来测定叶片的结构特性，包括硬度数据和应力分布。
静态检验可以使用多点负载方法或单点负载方法，并且负载可以在水平方向进行也可以在垂直方向进室外多点垂直方向静态检验高达10个负载点的叶片静态检验行二、疲劳检验叶片的疲劳检验用来测定叶片的疲劳特性。
实际大小的叶片疲劳检验通常是认证程序的基本部分。
BLAEST 叶片检验中心提供的叶片疲劳检验包括单独的翼面向和翼弦向检验。
疲劳检验时间要长达几个月，检验过程中，要定期的监督、检查以及检验设备的校准。
检验工作人员通过网络摄象机和数据采集系统的在线网络端口进行检验过程的监督。
大篷中的风机叶片疲劳检验翼面向疲劳检验三、室外检验室外检验是一种选择性的检验方式。
室外检验可以降低费用，但同时也增加难度。
必须对检验和测量设备加以保护，以免受环境的破坏，并且还要考虑检验的机密性和噪音的影响。
温度变化和风况也影响检验的结果，因此有必要在测量、分析时把这些因素考虑进去，然后得出结果。
四、超声波检查最佳叶片生产需要渊博的设计、原材料知识以及生产技术。
随之带来的问题是随着叶片的增大，生产成本也在提高，技术要求也在提高，因此生产风机叶片的风险也在提高，因此需要一种快速、高效并且非破坏性的检查方法。
自动化超声波检查新型移动扫描仪自动超声波检查非常适合风机叶片检验。
利用自动超声波检验方可以有效的检测层的厚度变化，显示隐藏的产品故障，例如：分层、内含物、气孔（干燥地区）、缺少黏合剂、翼梁与外壳之间以及外壳的前缘与后缘之间黏结不牢。
超声波检验可以直接用来最优化叶片设计和产品参数，从而大幅降低叶片故障的风险。
五、叶片表面质量控制良好的叶片表面和涂层是确保叶片使用寿命的第一步，如果对叶片表面进行涂层，清洁是非常重要的。
风力机叶片静载试验方案
内蒙古机电职业技术学院机电工程系
[摘
性。
要]
基 于 风 力 发 电 机 叶片 工作 承载 状 况 ， 参 考 标 准 IEC 61400-23 条款 7.2 ， 确 定 静 力 试
验 测 试 项目 ， 拟 定 试验 方 案 ， 用 于 测 定 叶片 在 静 力 试验 载荷 下 的 刚 度 和 强度 性能 ， 考 核其 结 构 可 靠
2
加载部位和加载方法 理论上讲 ， 多点加载能够更加准确的模拟
3
试验加载系统组件与仪器设备 试验需配备加载系统组件详见表 1。 选择试
计算试验弯矩载荷 。 但是 ， 叶片本身是弹性体 ， 基于目前试验条件与试验方式 ， 采用多点加载 时 ， 若其中一点加载载荷改变 ， 则由于叶片变形 会影响到其他已加载部位的载荷 ， 使其它加载 部位的载荷发生变化 ， 故考虑采用两点加载方 式 ，相对而言 ， 试验方便 ， 且易于控制 。 确定加载 部位时避开应力集中部位和结构铺层变化较大 等设计关心部位 ， 便于应变等的测试与分析 ， 分 别选择距叶片根部 10m 和 27m 处为加载部位 。 加载方向为叶片挥舞方向 ， 加载方向和加载部 位如图 1 和图 2 所示 。
图5 · 22·
叶尖加载示意图
[1] 李东海 ， 倪 国 康 ， 王 小 涌 . 大 型 叶片 试验 台工 装 设 计[J]. 玻璃钢 , 2012, (3):1-5. [2]谢少 军 ，潘柏 松 ，陈 栋栋 ，张 兆鑫. 基 于 试验 设 计 法 的 风 机 叶片铺 层 结 构 分 析 及 优 化 [J]. 机 电 工 程 , 2012,29 (2):159-162 [3]IEC 61400-23
施载 ， 当载荷达到要求时 ， 进行保
检测与测量技术在风电叶片制造中的应用
检测与测量技术在风电叶片制造中的应用在风电叶片制造过程中，检测与测量技术的应用扮演着至关重要的角色。
这些技术不仅能够提高叶片的质量和性能，还能够提高生产效率和降低成本。
本文将探讨检测与测量技术在风电叶片制造中的应用，并探讨其未来发展的趋势。
首先，检测与测量技术在风电叶片制造中的应用主要体现在质量检测方面。
由于叶片是风力发电机关键的组成部分，其质量直接影响发电机的性能和寿命。
因此，在制造过程中需要使用各种检测技术来确保叶片的质量。
例如，通过使用光学测量仪器可以对叶片的曲率、表面光洁度和形状进行精确测量，从而保证叶片的外观和aerodynamic performance。
同时，使用高精度的力学测试仪器可以对叶片的强度和刚度进行测量，以确保其能够承受风力的作用并保持结构的稳定。
通过这些检测技术，制造商可以在生产过程中及时发现潜在的问题并进行改进，从而提高叶片的质量和性能。
除了质量检测，检测与测量技术还可以在风电叶片制造中应用于过程控制。
在制造叶片的过程中，需要进行多个工序，如材料准备、模具制作、叶片成型等。
通过使用检测与测量技术，制造商可以实时监测每个工序的关键参数，以确保生产过程的稳定性和一致性。
例如，在模具制作过程中，使用三维坐标测量仪可以对模具进行精确的尺寸和形状测量，以确保叶片的几何形状能够符合设计要求。
在叶片成型过程中，使用温度和湿度传感器可以实时监测环境条件，以确保材料的硬化和固化过程能够在适当的条件下进行。
通过这些过程控制技术，制造商可以提高生产的效率和稳定性，从而降低生产成本。
此外，检测与测量技术在风电叶片制造中还可以用于研发和创新。
随着技术的不断发展，新材料和新工艺的引入使得叶片的设计和制造变得更加复杂。
在这种情况下，使用先进的检测与测量技术可以帮助研发人员评估新材料的性能，并对新工艺进行优化。
例如，使用红外热像仪可以实时监测叶片的温度分布，从而评估材料的导热性能和热传导效果。
通过这些研发和创新的应用，制造商可以不断改善叶片的设计和制造工艺，提高风力发电机的效率和可靠性。
风电机组叶片静态检验方法概述
风电机组叶片静态检验方法概述Post By：2008-12-17 11:04:55此主题相关图片如下：1.jpg图1：多负载点，翼面向的叶片静态检验静态检验的目的是测定叶片的结构特性，其中包括硬度数据和张力分布.丹麦Spark?r叶片检验中心负责的DANAK委任的静态检验包括以下标准部分：测定物理特性、翼面向检验、翼弦向检验与叶片目视检验。
收到叶片后，一个典型的叶片检验包括：叶片长度、质量、自重力矩和重力中心的测定。
160个变形测量器被放置在叶片的外壳和内部结构上，与生产商的检验计划一致。
叶片被固定到检验设备上，并且一个根部弯曲力矩被安装到叶片上。
在叶片静态检验中，共有7个负载夹子固定到叶片上。
在所有位点同时加上负载。
静态检验的最大叶根弯曲容量是20.000 kNm。
检验中的弯曲力矩分布状态与叶片设计人员计算的设计力矩分布状态相比较。
与剪切力相比，多点负载程序比单点负载程序更现实。
负载由远程控制电动提升机或液压系统产生，用力量传感器测量负载强度。
距离传感器沿着叶片测量不同位点的偏差，尤其是负载传入点的偏差。
变形测量器扫描仪对变形测量器信号进行加工。
所有测量值被储存进数据采集系统。
翼弦向与翼面向检验通常分两个方向进行，分别为上风向与下风向。
从检验获得的最基本数据是在叶片表面测量的张力值。
非线性图表往往暗示叶片外壳的结构弯曲正在形成，虽然这种现象在早期阶段很难发现。
坡形张力图查证叶片结构设计的最基本的信息。
张力分布的纵向图揭示了可能可以降低叶片疲劳寿命的高应力梯度变化曲线。
此主题相关图片如下：2.jpg图2张力与局部弯曲力矩的函数关系图此主题相关图片如下：3.jpg图3最大负载时的张力分布。
海上风力发电风轮叶片静态强度与刚度分析
海上风力发电风轮叶片静态强度与刚度分析海上风力发电是近年来风力发电行业的一个兴起领域。
相比陆地风力发电，海上风力发电具有更大的潜力和优势，包括更强的风能资源、更稳定的风速和更大的发电容量。
然而，由于海上环境的复杂性和恶劣性，海上风力发电设备的设计和运行面临着一系列挑战。
在海上风力发电系统中，风轮叶片是最重要的组成部分之一。
风轮叶片的性能直接影响着风力发电系统的效率和可靠性。
因此，对风轮叶片的静态强度和刚度进行正确的分析非常关键。
首先，静态强度分析是确定风轮叶片在风载荷作用下是否可以承受该载荷而不发生破坏的一种分析方法。
强度分析需要考虑叶片材料的力学性质、受力模式以及载荷的大小和方向等因素。
在进行静态强度分析时，常用的方法是有限元分析。
该分析方法可以将复杂的叶片结构离散成许多小元素，然后根据各个小元素受力情况计算整体叶片的应力分布。
通过对应力分布进行比较和分析，可以判断叶片是否足够强度，即是否能够抵抗住各种风载荷。
其次，静态刚度分析是评估叶片对外界载荷响应能力的分析方法。
刚度分析包括弯曲刚度和扭转刚度两个方面。
弯曲刚度是指叶片在受到风载荷时的抗弯性能，而扭转刚度是指叶片在受到扭转力矩时的抗扭性能。
静态刚度分析需要考虑叶片的几何形状、材料性质以及受力模式等因素。
同样，有限元分析也是静态刚度分析的常用方法。
通过计算叶片各个位置的位移和形变，可以评估叶片在风载荷下的刚度表现，并确定是否满足设计要求。
除了量化分析静态强度和刚度外，还需要对风轮叶片进行结构优化。
结构优化是通过利用现代计算机辅助设计软件对叶片的形状、材料和组织结构等进行优化，以提高叶片的性能。
在优化设计中，需要综合考虑叶片的强度、刚度和重量等指标，并根据实际应用需求进行相应的调整。
此外，为了保障海上风力发电系统的运行安全和可靠性，还需要对叶片进行寿命评估。
寿命评估是通过考虑叶片的材料疲劳特性、气候环境和运行工况等因素，来评估叶片在使用寿命内能否保持安全可靠的一种分析方法。