基于分段线性均值修正的风电叶片疲劳寿命计算方法

随着风电机组的大型化,疲劳强度设计成为大型风电叶片设计中的最为关键因素之一。目前风电叶片疲劳寿命的计算方法主要采用传统的简化算法,该方法存在诸多的简化与假设,并不能很好地预测风电叶片实际的疲劳损伤,所以需要一种更为合理的疲劳寿命计算方式。本文根据IEC 61400-5中提出的分段线性均值修正的方法,基于Goodman线性均值修正理论,结合多条已知的疲劳S-N曲线,提出了一种适合大型风电叶片疲劳寿命的计算方法。以目前应用较为广泛的玻纤拉挤板作为分析对象,对比分析了线性均值修正与分段线性均值修正两种方法的差异,最后通过对风电叶片实际疲劳试验损伤的分析以及大型风电叶片主梁疲劳强度的分析,得出如下结论:(1)玻纤拉挤板的疲劳性能并不是线性变化,基于单一S-N曲线的线性预测结果与测试结果存在较大误差,玻纤拉挤板更适合采用基于多条S-N曲线的分段线性CLD模型来描述其疲劳性能的变化,且分段线性均值修正疲劳寿命计算方法能更好地预测试验叶片实际疲劳损伤;(2)叶片设计中更应该关注PS侧主梁的疲劳强度,建议采用基于多条疲劳S-N曲线的分段线性均值修正疲劳寿命计算方法对大型风电叶片的疲劳强度进行计算,提高叶片疲劳设计的可靠性。

开孔玻纤拉挤板孔边应力集中

为了更加准确地预测应力集中对风电叶片开孔拉挤板拉伸强度的影响,采用试验测试、解析法和有限元法,研究了拉伸载荷作用下不同孔径的开孔拉挤板应力集中问题。首先,对两种孔径玻纤拉挤板进行拉伸强度测试。然后,给出采用平均应力准则计算应力集中系数的解析表达式。接着,采用商用有限元软件ANSYS建立开孔拉挤板的有限元模型,进行网格对孔边应力分布影响的研究。最后,对三种方法研究结果进行了分析和讨论。研究结果表明:随着孔径的增大,开孔拉挤板孔边应力集中系数增大,拉挤板强度降低;试验测得的应力集中系数小于理论分析值;有限元解和解析解得出的孔边应力分布和应力集中系数偏差较小,应力集中系数偏差小于3%。