本發(fā)明屬于風電葉片靜力加載試驗領域，特別是指一種用于風電葉片部件級后緣屈曲測試的加載裝置和彎矩計算方法。

背景技術(shù)：

1、風電葉片是風能轉(zhuǎn)化為電力的主要組件，復合材料的使用和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計對其穩(wěn)定運行發(fā)揮了很大作用。目前，后緣屈曲失效現(xiàn)象是陸上和海上葉片結(jié)構(gòu)坍塌的主要原因之一，而由葉片自重及扭轉(zhuǎn)彎矩引起的擺振負載是其中最主要的因素。在全尺寸試驗中，當進行擺振加載時，葉片部件的損壞大多集中在葉片中后段。因此，后緣段的結(jié)構(gòu)性能在一定程度上代表了整個葉片的結(jié)構(gòu)強度。然而，全尺寸試驗試驗周期長、人力和花銷成本高，且全尺寸測試針對整只葉片的結(jié)構(gòu)進行測試，而不是特定的失效類型，難以對葉片后緣的屈曲性能進行更深層的失效機理研究。因此，本發(fā)明設計了一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，選定整只葉片的危險部位。通過精確的扭矩控制，使風電葉片截面段在預定位置發(fā)生屈曲失效，收集其極限承載能力和失效特征，進一步推斷其失效機理。對于風電葉片的設計，使用本發(fā)明提出的加載裝置和彎矩計算方法能夠準確設置截面段的失效位置、控制截面段的失效模式，試驗結(jié)果可為葉片的結(jié)構(gòu)設計提供參考依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對風電葉片后緣屈曲測試現(xiàn)有測試裝備和技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，能夠有效計算截面段所受彎矩，通過精確的扭矩控制，使風電葉片截面段在預定位置發(fā)生屈曲失效，獲得其極限承載能力和失效特征，從而分析風電葉片截面段的抗屈曲性能。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)，一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，加載裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，轉(zhuǎn)軸組合結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3、加載裝置由鑄鐵平臺、鋼結(jié)構(gòu)工裝、加載裝置、夾持裝置、加載控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。對圖1和圖2的組成部分進行描述：1為鑄鐵平臺；21為液壓缸固定座；22為左側(cè)液壓缸；23為懸臂；24為右側(cè)液壓缸；3為轉(zhuǎn)軸組合；31為加載力臂；32為立柱；33為立柱端軸座；34為力臂端軸座；35為銅套；36為轉(zhuǎn)軸；41為木夾板；42為木夾板加固板；43為風電葉片后緣屈曲樣件：

4、（1）鋼結(jié)構(gòu)工裝由加載力臂、立柱和轉(zhuǎn)軸組合連接而成，其中，轉(zhuǎn)軸組合由立柱端軸座、力臂端軸座、銅套和轉(zhuǎn)軸連接而成;

5、（2）加載裝置兩側(cè)各有一個加載力臂，每個加載力臂兩側(cè)各有一個立柱，轉(zhuǎn)軸組合分布在立柱和加載力臂之間；

6、（3）鑄鐵平臺為加載裝置的基礎，立柱的底部與鑄鐵平臺之間通過t型號螺栓、螺母連接，鑄鐵平臺每隔200mm設置有井字型t型槽，立柱可沿t型槽進行雙向的位置調(diào)整，以適應不同的風電葉片截面段尺寸；

7、（4）鋼結(jié)構(gòu)工裝兩側(cè)設置有轉(zhuǎn)軸組合，加載力臂位于立柱中間，加載力臂與立柱之間通過轉(zhuǎn)軸組合鉸接連接，加載力臂可繞轉(zhuǎn)軸組合的轉(zhuǎn)軸軸線方向旋轉(zhuǎn)，以對風電葉片截面段施加彎矩力；

8、（5）轉(zhuǎn)軸組合的立柱端軸座與立柱之間通過螺栓和立柱的內(nèi)螺紋孔連接，轉(zhuǎn)軸組合的力臂端軸座與加載力臂之間通過螺栓和加載力臂的內(nèi)螺紋孔連接，加載力臂下側(cè)設置有圓孔，整根轉(zhuǎn)軸貫穿加載力臂，轉(zhuǎn)軸外側(cè)設置有銅套，用以減小立柱端軸座與力臂端軸座在繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時的摩擦力；

9、（6）加載裝置由液壓缸固定座、懸臂和液壓缸組成；

10、（7）液壓缸固定座與鑄鐵平臺之間通過t型號螺栓、螺母連接，液壓缸固定座可沿鑄鐵平臺的井字格進行雙向位置的調(diào)整，以適應不同的加載需求；

11、（8）液壓缸固定座與液壓缸底部的吊耳之間通過銷軸鉸接連接，當液壓缸伸縮缸時，液壓缸繞鉸接軸的轉(zhuǎn)動可以使其適應不同的風電葉片截面段變形姿態(tài)；

12、（9）液壓缸頂部的吊耳與懸臂之間通過銷軸鉸接連接，懸臂與加載力臂之間通過螺栓、螺母連接，液壓缸伸縮缸時，在懸臂的作用下，加載力臂可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而對風電葉片截面段的后緣施加彎矩力；

13、（10）加載裝置設置有兩個液壓缸，兩側(cè)的液壓缸可根據(jù)測試需求自由調(diào)整懸臂和加載力臂的開合，分別施加不同的彎矩力到樣件；

14、（11）風電葉片截面段通過夾持裝置固定到鋼結(jié)構(gòu)工裝上，夾持裝置由木夾板和木夾板固定板組成；

15、（12）木夾板為由多層厚度為10~100mm的木板組成的總厚度為100~500mm的組合體，或者由單層100~500mm的實木木芯加工而成的一體式木塊;

16、（13）木夾板位于木夾板固定板和加載力臂之間，三者通過螺栓、螺母連接并夾緊，木夾板固定板用以改善木夾板的受力性能；

17、（14）木夾板與風電葉片截面段之間為接觸連接，兩者間的位置不絕對固定，木夾板僅限制風電葉片截面段長度方向的相對位置;

18、（15）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集風電葉片截面段所受的彎矩力、變形和材料應變，用于分析風電葉片后緣屈曲性能;

19、（16）加載控制系統(tǒng)通過液壓伺服系統(tǒng)控制液壓缸的伸縮缸，以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號為反饋，形成一套閉環(huán)，實現(xiàn)彎矩力、變形的精確控制。

20、對圖3的組成部分進行描述：5為葉片扭轉(zhuǎn)中心；

21、（1）彎矩計算方法以風電葉片截面段扭轉(zhuǎn)中心的位置、兩側(cè)液壓缸的推力、力臂尺寸和懸臂尺寸為計算依據(jù)：

22、（2）首先選定風電葉片截面段扭轉(zhuǎn)中心的位置，確定扭轉(zhuǎn)力臂的長度l1和l2；

23、（3）以扭轉(zhuǎn)力臂和液壓缸推力的乘積 s表示風電葉片截面段兩側(cè)所受的扭轉(zhuǎn)力，得到截面段的受力平衡公式（1）：

24、?（1）

25、（4）根據(jù)公式（1）確定兩側(cè)液壓缸推力的比例關(guān)系，見公式（2）：

26、（2）

27、（5）與此同時，通過控制兩側(cè)加載力f的比例 a，可以控制扭轉(zhuǎn)力臂的大小比例，進而控制扭轉(zhuǎn)中心的位置，見公式（3）：

28、（3）

29、（6）控制系統(tǒng)準確控制液壓缸推力f時，風電葉片截面段能夠在預定位置發(fā)生屈曲失效。

技術(shù)特征：

1.一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，其特征在于：

2.如權(quán)利要求1所述的一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，其特征在于：

3.如權(quán)利要求1-2所述的一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，其特征在于：

4.如權(quán)利要求1-3所述的一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，其特征在于：

5.如權(quán)利要求1所述的一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，其特征在于：

6.如權(quán)利要求1-5所述的一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，其特征在于：

7.如權(quán)利要求1-6所述的一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法，其加載方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于風電葉片部件測試領域，具體涉及一種用于風電葉片后緣屈曲測試的可變彎矩加載裝置和彎矩計算方法。其特征在于：后緣屈曲加載裝置由鑄鐵平臺、施力裝置、鋼結(jié)構(gòu)工裝、夾持裝置、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。風電葉片截面段通過木夾板固定到鋼結(jié)構(gòu)工裝的加載力臂上，兩側(cè)的液壓缸在控制系統(tǒng)的作用下，分別驅(qū)動對應的懸臂對樣件兩側(cè)施加彎矩，最終使截面段在其后緣區(qū)域的預定位置產(chǎn)生預定的屈曲失效，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄樣件的彎矩力、變形、表面應變數(shù)據(jù)，從而分析風電葉片截面段的抗屈曲性能。使用本發(fā)明的加載裝置和彎矩計算方法可以較準確地測得風電葉片截面段的力學特性，并計算該截面段在完整葉片上的承載能力。

技術(shù)研發(fā)人員：張磊安,李慶安,王景華,黃雪梅,孟雙雙
受保護的技術(shù)使用者：山東理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17