大型直驅風力發(fā)電機的葉片部位是風電機組中最為重要的工作部件,所處工作環(huán)境十分惡劣,通常承受復雜的隨機變幅載荷作用,很容易發(fā)生疲勞破壞,從而導致風輪乃至整個風電機組失效停機。為了提高風電機組在使用時的可靠性,有必要對葉片部位的疲勞壽命進行準確地預估。在對葉片進行疲勞壽命分析之前,本文對作用于葉片的各類型載荷進行研究,利用電阻應變片傳感器對葉片所承受的隨機變幅載荷進行現(xiàn)場實測,繼而構建了一套載荷信號采集與處理的系統(tǒng),并對所采集到的載荷數(shù)據(jù)進行相應的預處理操作,濾除影響信號精度的無關信號,從而獲取真實可用的原始宏觀載荷數(shù)據(jù)。對葉片的疲勞壽命進行分析和估算時,需要對葉片的強度和變形進行分析校核,本文利用Profili翼型設計軟件與Pro/E三維制圖軟件,構造出風力機葉片的幾何模型,并將其導入到ANSYS有限元分析軟件中,通過劃分網格等操作進行處理,構造出風力機葉片的有限元模型,通過ANSYS中求解模塊對葉片應力分布情況與變形情況進行分析計算,結果表明符合強度設計要求。同時采用求取分級等效載荷的方法將連續(xù)應力載荷譜階梯化處理為離散應力載荷譜,使數(shù)據(jù)處理量和數(shù)據(jù)分析工作量大大減少,為葉片疲勞壽命估算提供了有效的數(shù)據(jù)支持。在對風力機葉片進行疲勞壽命估算時,需要考慮到對材料疲勞壽命估算精度產生重要影響的載荷間相互作用效應。但當前研究成果中疲勞壽命估算方法大都難以將此效應考慮在內,從而導致材料的疲勞壽命估算誤差較大。為了更加精確地對風力發(fā)電機葉片的疲勞壽命進行估算,本文提出將泊松隨機過程理論與伴隨損傷理論相結合的疲勞壽命估算方法對葉片疲勞壽命進行分析估算,即采用泊松隨機過程相關分布函數(shù)來對葉片所受隨機載荷的時序分布情況進行描述,同時借助斷裂力學相關理論對材料疲勞損傷機理進行深入研究,采用伴隨損傷理論中相關函數(shù)公式對載荷間相互作用效應進行定量分析,并將基于兩種理論所求得的函數(shù)表達式結合起來聯(lián)立求解,最終得出可以充分考慮載荷間相互作用效應影響的疲勞損傷累積計算方法。以該方法估測隨機加載條件下45鋼試件的疲勞壽命,并將所得結果與試驗數(shù)據(jù)進行對比,誤差僅為11%,與當前研究中的疲勞壽命估算方法相比精度更高。最后,以該方法對風力機葉片的疲勞壽命進行估算,結果符合強度設計要求,為風力發(fā)電機葉片的疲勞壽命分析及可靠性分析提供了一種新的方法和途徑。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TM315

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本文編號：2822787