[發(fā)明專利]兆瓦級風(fēng)力發(fā)電復(fù)合材料葉片疲勞壽命的預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911366129.3
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111125959A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊林;張國勇
• 申請（專利權(quán)）人: 通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)（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(yuǎn)大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 卞靜靜

本發(fā)明公開了一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電復(fù)合材料葉片疲勞壽命的預(yù)測方法，其包括：建立復(fù)合材料溫度場計算模型；開發(fā)葉片?風(fēng)速有限元耦合動力學(xué)模型；開發(fā)風(fēng)速?裂紋?缺口的相互作用模型；對上述模型中的應(yīng)力時程曲線相加，得到組合載荷下葉片各部的應(yīng)力時程曲線；用雨流計數(shù)法對應(yīng)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(yīng)力譜；建立等幅疲勞中值S_n?S_m?N曲面，根據(jù)Miner線性疲勞累積損傷準(zhǔn)則，基于二維疲勞應(yīng)力譜對葉片的疲勞壽命進行估算，得出葉片的疲勞壽命。本發(fā)明具有提高了風(fēng)力發(fā)電復(fù)合材料葉片的疲勞壽命預(yù)測精度，提高其工程應(yīng)用價值等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機葉片疲勞壽命預(yù)測領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電復(fù)合材料葉片疲勞壽命的預(yù)測方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的風(fēng)力機葉片疲勞壽命的預(yù)測，主要通過測量葉片表面風(fēng)速，計算葉片所受載荷，或者在風(fēng)力機上加裝傳感器來獲得疲勞載荷，確定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，最后得到疲勞壽命。然而，該預(yù)測方法未對疲勞裂紋和外物損傷缺口所帶來的破壞性進行考慮，致使最終預(yù)測的疲勞壽命存在較大誤差，不符合實際生產(chǎn)的需要，降低了葉片疲勞壽命預(yù)測在工程應(yīng)用中的價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電復(fù)合材料葉片疲勞壽命的預(yù)測方法，其通過綜合考慮風(fēng)速中的風(fēng)速、葉片的自重、葉片的疲勞裂紋以及外物損傷缺口的相互作用，減小復(fù)合材料葉片疲勞壽命的預(yù)測誤差，提高其預(yù)測結(jié)果在實際生產(chǎn)中應(yīng)用價值。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電復(fù)合材料葉片疲勞壽命的預(yù)測方法，其包括：

步驟一、根據(jù)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合復(fù)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(fā)葉片-風(fēng)速-風(fēng)向有限元耦合動力學(xué)模型，采用預(yù)處理共軛梯度法求解耦合系統(tǒng)振動方程，在微機上進行葉片-風(fēng)速-風(fēng)向耦合系統(tǒng)動力仿真計算，結(jié)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(yīng)力時程曲線；

步驟三、開發(fā)考慮葉片疲勞裂紋、外物損傷缺口與風(fēng)速相互作用的風(fēng)速-裂紋-缺口的相互作用模型，用所述風(fēng)速-裂紋-缺口的相互作用模型進行計算風(fēng)速作用下葉片應(yīng)力時程曲線計算，結(jié)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(jié)果，得到風(fēng)速-裂紋-缺口作用下葉片上各部的應(yīng)力時程曲線；

步驟四、用葉片-風(fēng)速-風(fēng)向有限元耦合動力學(xué)模型進行葉片自重荷載下葉片各部應(yīng)力時程曲線的計算，得到葉片自重載荷下葉片各部應(yīng)力時程曲線；

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

步驟六、用雨流計數(shù)法對步驟五中的應(yīng)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(yīng)力譜；建立等幅疲勞中值S_n-S_m-N曲面，根據(jù)Miner線性疲勞累積損傷準(zhǔn)則，基于二維疲勞應(yīng)力譜對葉片的疲勞壽命進行估算。

優(yōu)選的是，從氣象局網(wǎng)站下載包括年、月、日、平均風(fēng)速、平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫、日最大風(fēng)速；借鑒工程結(jié)構(gòu)物溫度場研究成果，建立復(fù)合材料溫度場計算模型。