本文關(guān)鍵詞：基于壓電陶瓷的預(yù)應(yīng)力裝配式葉片模型連接狀態(tài)監(jiān)測研究

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【摘要】：面對日益嚴峻的能源緊張和環(huán)境污染等問題,對風能的開發(fā)利用成為熱點。隨著風力發(fā)電機功率的逐步提高,為增加捕風能力,風力發(fā)電機葉片不斷加長,而傳統(tǒng)的整體式長葉片在我國南方山區(qū)風場建設(shè)中面臨著運輸難度大、運輸風險高和道路建設(shè)成本大增的挑戰(zhàn)�；诟邚婎A(yù)應(yīng)力螺栓連接的裝配式纖維增強復(fù)合材料(FRP)風力發(fā)電機葉片通過將長葉片分段制造、運輸并現(xiàn)場組裝,可有效解決運輸難題并降低對道路的要求。這種裝配式葉片的預(yù)應(yīng)力連接段結(jié)構(gòu)安全可靠性是關(guān)鍵。國外對復(fù)合材料風機葉片的狀態(tài)監(jiān)測已進行了大量有益嘗試,但目前針對裝配式風力發(fā)電機葉片的狀態(tài)監(jiān)測研究甚少。本文提出一種針對預(yù)應(yīng)力裝配式風力發(fā)電機葉片連接段的監(jiān)測方法,具體工作包括以下幾個方面:(1)針對PZT片的功能特性介紹了壓電傳感器的工作原理及其制作和安裝,并對健康監(jiān)測系統(tǒng)的性能進行測試,結(jié)果表明其具有良好的響應(yīng)特性和線性度。(2)介紹了根據(jù)某型號大型風力發(fā)電機的葉片設(shè)計的使用預(yù)應(yīng)力螺栓連接的裝配式風力發(fā)電機葉片,并根據(jù)相似理論設(shè)計出單位長度的葉片連接段比例模型。對于不同信號激勵下的監(jiān)測方案進行了設(shè)計。(3)對葉片連接段比例模型試件進行連接狀態(tài)監(jiān)測,即通過將壓電陶瓷片粘貼在連接段試件表面的兩側(cè)分別作為驅(qū)動端和接收端,對連接件逐級施加螺栓預(yù)拉力安裝完成后,再在連接段兩端施加軸心拉力荷載直至試件破壞。通過比較正弦、掃頻激勵信號驅(qū)動下預(yù)應(yīng)力施加過程以及加載過程中的測量信號某些特征參量,并基于小波包能量分析法提出一種葉片連接狀態(tài)指標,由此來判斷葉片的連接狀態(tài)的改變,驗證了所提出的方法可實現(xiàn)對裝配式風力發(fā)電機葉片連接段狀態(tài)的有效監(jiān)測。(4)提出基于應(yīng)力波傳播的頻響函數(shù)的分段葉片連接狀態(tài)的健康監(jiān)測方法,即由力錘產(chǎn)生脈沖激勵信號,仍由PZT傳感器作為信號接收端。分析接收信號在合適頻段上的頻響函數(shù),發(fā)現(xiàn)頻響函數(shù)峰值對應(yīng)頻率會隨著葉片連接工況的不同發(fā)生偏移,并提出基于頻率偏移量的連接狀態(tài)指標,實現(xiàn)了對葉片連接狀態(tài)的監(jiān)測。
【關(guān)鍵詞】：裝配式風力發(fā)電機葉片 預(yù)應(yīng)力螺栓連接 壓電傳感器 無損檢測 應(yīng)力波
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 選題背景與研究意義10-12
• 1.1.1 選題背景10-12
• 1.1.2 研究意義12
• 1.2 風力發(fā)電發(fā)展概況12-20
• 1.2.1 引言12-14
• 1.2.2 世界風力發(fā)電發(fā)展概況14-17
• 1.2.3 我國風力發(fā)電發(fā)展概況17-19
• 1.2.4 裝配式風力發(fā)電機葉片的發(fā)展概況19-20
• 1.3 國內(nèi)外風力發(fā)電機葉片健康監(jiān)測研究概況20-22
• 1.4 主要研究內(nèi)容22-24
• 第2章 基于壓電材料的結(jié)構(gòu)監(jiān)測和信號處理24-47
• 2.1 智能材料24-27
• 2.1.1 引言24
• 2.1.2 智能材料分類24-27
• 2.2 壓電材料27-32
• 2.2.1 壓電材料歷史27
• 2.2.2 壓電材料分類27-28
• 2.2.3 壓電效應(yīng)28-29
• 2.2.4 壓電材料的相關(guān)參數(shù)29-31
• 2.2.5 壓電關(guān)系式31-32
• 2.3 基于壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)32-39
• 2.3.1 基于壓電陶瓷的被動健康監(jiān)測33-34
• 2.3.2 基于壓電陶瓷的主動健康監(jiān)測34-37
• 2.3.3 結(jié)構(gòu)損傷識別37-39
• 2.4 應(yīng)力波測量的數(shù)字信號處理方法39-46
• 2.4.1 信號介紹39-41
• 2.4.2 信號的選取41-42
• 2.4.3 信號的激勵42
• 2.4.4 信號的采樣42-43
• 2.4.5 信號的加窗43-44
• 2.4.6 信號的數(shù)字濾波44-46
• 2.5 本章小結(jié)46-47
• 第3章 基于壓電驅(qū)動的葉片連接段單元比例模型監(jiān)測47-60
• 3.1 引言47
• 3.2 基于壓電陶瓷信號激勵的葉片連接段試件監(jiān)測方案47-53
• 3.2.1 分段葉片比例模型試件的設(shè)計47-49
• 3.2.2 粘貼式壓電陶瓷片監(jiān)測布置方案49-50
• 3.2.3 葉片連接段試件預(yù)應(yīng)力施加以及拉伸試驗50-52
• 3.2.4 監(jiān)測原理52-53
• 3.3 正弦激勵下分段葉片連接狀態(tài)監(jiān)測53-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 第4章 基于掃頻信號下小波包能量分析的葉片連接狀態(tài)監(jiān)測60-69
• 4.1 引言60
• 4.2 小波和小波包分析60-62
• 4.3 基于小波包能量的葉片連接段試件監(jiān)測62-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第5章 基于頻響函數(shù)的葉片連接狀態(tài)監(jiān)測69-77
• 5.1 引言69
• 5.2 脈沖信號激勵下頻響函數(shù)分析69-71
• 5.2.1 脈沖信號69-70
• 5.2.2 頻響函數(shù)的選取70-71
• 5.3 力錘激勵下基于頻響函數(shù)的葉片連接狀態(tài)監(jiān)測71-76
• 5.3.1 試驗方案71-72
• 5.3.2 輸出信號有效頻段選擇72
• 5.3.3 力錘信號激勵下基于頻響函數(shù)的葉片連接狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果72-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論與展望77-79
• 參考文獻79-86
• 致謝86-87
• 附錄A 讀研期間發(fā)表學術(shù)論文和參與科研項目87

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本文編號：543549