[發明專利]兆瓦級風力發電復合材料葉片疲勞壽命的預測方法

在審

• 申請號: 201911366129.3
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111125959A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 楊林;張國勇
• 申請（專利權）人: 通標標準技術服務（天津）有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 卞靜靜

1.一種兆瓦級風力發電復合材料葉片疲勞壽命的預測方法，其特征在于，包括：

步驟一、根據氣象局數據，結合復合材料溫度場計算模型進行葉片溫度場的計算，得到時間-葉片溫度及溫度梯度荷載時程曲線；

步驟二、開發葉片-風速-風向有限元耦合動力學模型，采用預處理共軛梯度法求解耦合系統振動方程，在微機上進行葉片-風速-風向耦合系統動力仿真計算，結合步驟一中時間-葉片溫度及溫度梯度荷載時程曲線，得到時間梯度溫度荷載下葉片各部的應力時程曲線；

步驟三、開發考慮葉片疲勞裂紋、外物損傷缺口與風速相互作用的風速-裂紋-缺口的相互作用模型，用所述風速-裂紋-缺口的相互作用模型進行風速作用下葉片各部的應力時程曲線計算，結合步驟一中時間-葉片溫度及溫度梯度荷載時程曲線的計算結果，得到風速-裂紋-缺口作用下葉片上各部的應力時程曲線；

步驟四、用葉片-風速-風向有限元耦合動力學模型進行葉片自重荷載下葉片各部應力時程曲線的計算，得到葉片自重載荷下葉片各部應力時程曲線；

步驟五、步驟二，步驟三，步驟四中的應力時程曲線相加，得到組合載荷下葉片各部的應力時程曲線；

步驟六、用雨流計數法對步驟五中的應力時程曲線進行計算，得到組合載荷下葉片各部二維疲勞應力譜；建立等幅疲勞中值S_n-S_m-N曲面，根據Miner線性疲勞累積損傷準則，基于二維疲勞應力譜對葉片的疲勞壽命進行估算。

2.根據權利要求1所述的兆瓦級風力發電復合材料葉片疲勞壽命的預測方法，其特征在于，從氣象局網站下載包括上一年度的日平均風速、日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫、日最大風速；借鑒工程結構物溫度場研究成果，建立復合材料溫度場計算模型。

3.根據權利要求1所述的兆瓦級風力發電復合材料葉片疲勞壽命的預測方法，其特征在于，所述疲勞裂紋的預測方法為：獲取復合材料葉片的三維CAD模型和材料參數，確定疲勞裂紋的位置、裂紋的深度和裂紋的寬度，對健康葉片的三維CAD模型進行切割和剖分，對裂紋葉片進行網格劃分，構建出含真實裂紋擴展路徑的葉片有限元模型，對裂紋葉片進行加速轉動過程中的振動相應分析，獲取裂紋裂片在葉尖處尾緣的位移振動響應以及裂紋面上的接觸壓力響應方程；建立健康葉片的有限元模型，對健康葉片進行加速轉動過程中的振動相應分析，獲取裂紋裂片在葉尖處尾緣的位移振動響應以及裂紋面上的接觸壓力響應方程，將裂紋葉片和健康葉片在加速過程中的位移振動響應進行比較，確定葉片疲勞裂紋的位置、寬度、深度。

4.根據權利要求1所述的兆瓦級風力發電復合材料葉片疲勞壽命的預測方法，其特征在于，所述外物損傷缺口的預測方法為：對運行多年的復合材料葉片進行掃描分析，獲得外物損傷缺口的形貌特征以及幾何尺寸，對外物損傷缺口的形貌特征以及幾何尺寸進行時間均值化，構建時間-風速-外物損傷缺口模型，根據時間-風速-外物損傷缺口模型采用疊加缺口進行計算，獲得健康葉片在風速中運行產生的外物損傷缺口。

5.根據權利要求1所述的兆瓦級風力發電復合材料葉片疲勞壽命的預測方法，其特征在于，所述疲勞裂紋包括葉背面疲勞裂紋和葉片前緣疲勞裂紋。

6.根據權利要求3所述的兆瓦級風力發電復合材料葉片疲勞壽命的預測方法，其特征在于，所述的剖分具體為分隔成四邊形并利用四邊形網格進行劃分。

7.根據權利要求1所述的兆瓦級風力發電復合材料葉片疲勞壽命的預測方法，其特征在于，步驟二、步驟三采用APDL二次開發語言，ANSYS通用有限元軟件環境條件下進行開發。