[發明專利]大型風電葉片高階頻率的測試方法

有效

• 申請號: 201010252220.5
• 申請日: 2010-08-13
• 公開（公告）號: CN101949731A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 袁健;郭俊;林能發;歐陽玉香;曹陽俊;陶為樂;馮學斌;查國濤
• 申請（專利權）人: 株洲時代新材料科技股份有限公司
• 主分類號: G01H1/00
• 分類號: G01H1/00
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本發明涉及一種大型結構件振動模態的測試方法，具體涉及一種大型風電葉片高階頻率的測試方法。主要用于大型風電葉片高階頻率振動模態特性驗證和監測。

背景技術

隨著風電產業的大型化發展，風電葉片的長度和柔度越來越大，這使得葉片的失穩問題越來越受到關注。為了防止風電葉片發生振動失穩和共振應力所引起的疲勞失穩，延長葉片壽命，避免風輪的失穩破壞，必須在設計和制備過程中想辦法降低風電葉片共振動應力，以及需要對已生產風電葉片的設計振動模態特性進行驗證和監測。結構的模態特性包括結構的振動頻率、振型及阻尼比，該參數只與結構自身的材料特性、剛度、重量、約束等有關，與外界載荷無關。雖然結構的自振頻率、振型可以通過理論計算求得，但通過測試得到的模態特性仍然具有重要的意義，不僅可以驗證理論計算結果，而且還是大型風電葉片安全性評估及損傷識別的重要依據。

目前傳統的試驗模態分析方法可以分為頻響函數法(簡稱測力法)和環境激勵法(簡稱不測力法)兩種。所謂的測力法，就是在試驗過程中需要同時測量激勵力和響應的方法。對于小型葉片，由于其固有頻率高，易激勵，測力簡單，可采用測力法進行測量。但對于大型風電葉片，因其具有大展弦比、大質量、空殼結構、固有頻率較低(設計一階揮舞頻率低于1Hz)的結構特點，激勵和測力困難，因此不適宜采用測力法測量。不測力法就是在試驗過程中不需要測量激勵力的方法，一般采用環境激勵的方法，但是環境激勵的不測力法受外界環境因素的影響較大，既不可控又難以測量，而且隨機性很大，采樣時間要求較長，環境風載和噪聲干擾的影響往往使得不測力法難以得到準確的頻率測試結果，特別是大型風電葉片的高階頻率。

為了適應大型風電葉片設計、制備和安全監測的需要，發展和建立操作簡單、測量準確的高階頻率測試方法具有重要的現實意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有大型風電葉片的高階頻率測試技術的不足，提供一種簡單、便捷、準確度高、適用性強的大型風電葉片高階頻率的測試方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種大型風電葉片高階頻率的測試方法，首先確定了合理的測點布置方案，使用高彈性聚能力錘對葉片進行激振，并采用加速度傳感器來測試葉片的振動響應，通過數據采集系統對葉片頻率進行采集，最后通過后端服務器進行大型風電葉片模態參數識別，確定該大型風電葉片各階固有頻率。所述大型風電葉片高階頻率的測試方法包括以下步驟：

1、確定葉片頻率測試點

在進行頻率測試之前，建立大型風電葉片的有限元模型，對風電葉片進行初步動力特性分析，據此確定葉片頻率測試振動信號的測試點，使測試點沿葉片長度方向設置在振型模型曲線上位移較大的部位，并使測試點遠離振動干擾源。

2、安裝測試葉片及布置振動信號測試系統

將所需測試的葉片通過安裝法蘭用螺栓安裝在葉片試驗臺上，并在上述有限元模型分析確定的相應測試點上安裝振動信號傳感器，并將傳感器與數據采集系統相連接。

3、高彈性力錘激勵及振動信號采集

采用高彈性力錘分別沿測試葉片的揮舞方向和擺振方向激勵被測試葉片，利用加速度傳感器對所述大型風電葉片分別進行揮舞方向的時域測試和擺振方向的時域測試，通過數據采集系統對葉片頻率進行采集，并將采集到的信號通過傳輸線路傳輸到后端服務器和數據分析系統。

4、振動信號處理

使用加速度傳感器測量得到的風電葉片在不同位置處的振動加速度值之后，通過后端服務器進行大型風電葉片模態參數識別，最后確定該大型風電葉片各階固有頻率。

上述技術方案中，步驟一：確定葉片頻率測試點包括確定測試點的個數和位置，原理是盡量將測試點設置在葉片長度方向上振型模型曲線位移較大的部位，并使測試點遠離振動干擾源；模態振型可通過ANSYS有限元軟件建立風電葉片的有限元模型進行其動力特性分析初步確定，并結合風電葉片的長度確定測試點的個數；對于1.5MW以上的大型風電葉片頻率測試點個數優選為8個以上，相鄰測試點間的間距優選范圍為1-3m，且以等距為優；此外，因為風電葉片的主承力梁承載葉片的主要載荷且載荷作用下變形最大，因此葉片揮舞方向頻率測試的測試點應優選在沿長度方向主承力梁中心線上。