风力机传动链齿轮齿根疲劳裂纹扩展剩余寿命评估

在叶轮气动载荷模型、柔性传动链模型和齿根弯曲应力模型的基础上,建立了随机风速下风力机传动链齿轮齿根疲劳裂纹扩展剩余寿命计算模型,对不同风速下的齿根弯曲应力进行了计算,分析了随机载荷下裂纹的扩展速率.对1.5 MW风力机太阳轮齿根疲劳裂纹的扩展进行了分析.结果表明:风力机齿轮齿根疲劳裂纹扩展寿命主要受风载荷影响,且紧急制动等冲击对裂纹扩展后期的影响不可忽视.     

疲劳裂纹扩展的灰色系统预测

基于对疲劳裂纹扩展机理的分析，提出了用灰色系统预测模型来预测疲劳裂纹的三维动态扩展。用灰色GM(1，N)模型对疲劳裂纹扩展数据进行了拟合和预测，并利用残差GM(1，N)模型对其进行了修正，同时对GM(1，N)模型的使用缺陷提出了改进。结果表明灰色系统预测模型具有较高的拟合度和较高的精度。     

复合材料风力机叶片表面裂纹扩展的模拟研究北大核心CSCD

针对风力机叶片表面裂纹扩展对叶片产生危害的问题,文章对1.5 MW复合材料风力机叶片在19 m/s风速下的应力分布进行了流固耦合计算,发现叶根和叶中位置易产生裂纹。基于扩展有限元(XFEM)研究叶片表面裂纹受力后的扩展问题,90°裂纹的扩展速率最快,叶片表面裂纹主要沿弦向进行扩展。当时间步长为100时,均质和复合材料叶片表面裂纹扩展时的最大应力分别为127.50 MPa和65.34 MPa,且裂纹仅在后者的表层进行扩展,这说明复合材料能阻碍裂纹扩展对叶片的破坏,减少应力集中。同时裂纹在叶片内部的扩展更危险,初始尺寸越大的裂纹,扩展时裂尖越容易产生应力积累。     

风力机玻璃钢叶片疲劳寿命分析

该文对大型风力机玻璃钢叶片疲劳寿命的工程估算方法进行了研究。运用片条理论分析了影响风力机叶片疲劳寿命的气动载荷分布；根据有限元模态叠加法，计算了叶片在气动力、重力和旋转惯性力等确定性载荷作用下的动态应力响应；介绍了玻璃钢材料的疲劳破坏过程、破坏准则，探讨了玻璃钢材料疲劳性能及疲劳寿命估计方法；最后，运用Palmgren Miner的线性疲劳损伤累积法则提出了一种玻璃钢叶片安全寿命估计方法。通过所设计的1．5兆瓦变速变桨距风力机叶片疲劳寿命估计的算例表明，本文提出的玻璃钢叶片疲劳寿命估计方法是可靠和实用的。     

风力机叶片损伤演化模拟

根据风力机叶片的实际铺层和使用状况,以刚度退化模型为基础,发展了一个适合于风力机叶片的损伤演化模型,模型的基本思路是以单层板的刚度退化规律为基础,结合强度退化来预测整个叶片的损伤演化过程。考虑材料的各向异性性质,对叶片材料各组分的性能退化进行了分析,用3个标量来累积不同方向的损伤,给出了损伤累积规律。通过材料试验拟合出了损伤累积公式中的相关系数,最后模拟了某叶片真实疲劳试验过程,并将模拟结果与试验结果进行了比较,证实了模型的可用性。     

风力发电机叶片多裂纹随机扩展和损伤容限研究

考虑多裂纹间的相互干扰,建立含多裂纹结构的随机扩展模型,基于裂纹扩展随机过程的微熵最大化原理,采用随机梯度下降法推导出裂纹扩展速率的迭代式,从而计算出多裂纹扩展至指定尺寸所需加载循环数,并证明其与自然梯度算法等同且不受学习率的影响。通过风力机叶片裂纹扩展试验,记录多裂纹和单裂纹扩展时的扩展曲线,发现多裂纹干扰对主裂纹扩展有抑制作用,并用显微镜观察裂纹的金相组织,分析多裂纹增加断裂能的主要原因是层间纤维的强介质作用。最后在损伤容限分析中比较工程估算值、试验值以及该文提出方法的预测值,结果表明,该文所提出的方法可提高裂纹扩展寿命预测精度,提供风力机叶片损伤容限分析方法。     

海上风力机基础结构疲劳损伤研究

考虑风向、波向概率分布,将结构疲劳荷载根据实际环境作用方向施加至风力机结构上,基于确定性方法计算风力机荷载引起的疲劳损伤效应,基于波谱计算波浪荷载引起的疲劳损伤效应,进而得到风力机结构的总体疲劳损伤程度。通过与单方向输入环境疲劳荷载得到的基础结构疲劳损伤效应进行对比,可证明荷载全方位输入下的疲劳损伤分析的合理性。     

球罐焊接裂纹的腐蚀疲劳扩展

利用高倍电镜对球磨裂纹进行观察分析的结果，发现裂纹不仅应腐蚀扩展，而且还有腐蚀疲劳引起的扩展，并根据观察所得的结果，对腐蚀疲劳的扩展进行探讨。     

复合材料与风力机叶片

叶片是风力发电设备的关键部件,随着风机容量的大型化,风机叶片也向轻量化、低成本和高性能化发展.阐述了风力机叶片技术的研发趋势,介绍了复合材料叶片设计、材料、制造、试验分析和验证等相关技术,给出了碳纤维在叶片上应用的现状、发展前景和有关叶片的新技术,提出了发展风机叶片技术的相关建议.     

基于Ansys与nCode联合仿真的风力机叶片疲劳分析

为了研究风力机叶片疲劳破坏问题,文章建立了某1.5 MW商用叶片模型,通过Ansys与nCode软件联合仿真,对其进行了疲劳寿命分析。为进一步研究叶片疲劳损伤规律,对叶片在各个疲劳载荷工况下的损伤进行了分析,结果表明:疲劳损伤主要位于叶根前缘和前缘与主梁连接处,并且主要出现在风速较大、发生次数较多、纵向湍流强度较强的工况;叶片总体疲劳寿命约为24.5 a,满足疲劳强度设计要求。     

风力机叶片两点激励疲劳试验系统设计与特性分析

基于电驱惯性式激振装置,采用能量法计算能耗及动力参数,匹配叶片试验弯矩载荷,设计出一种两点激励共振型风力机叶片疲劳试验系统。建立两点激励加载试验系统的动力学模型,并结合三相永磁同步电机的在d-q坐标系下的状态方程,联合构建系统的机电耦合方程,利用Matlab软件建立仿真模型进行数值仿真分析,得到系统耦合振动过程基本规律。构建两点激振惯性加载系统进行兆瓦级风力机叶片加载试验,验证数学模型及仿真分析的结果,为叶片疲劳试验系统及控制算法设计提供指导。     

疲劳裂纹的灰色残差预测

借助灰色理论,建立了预测疲劳裂纹扩展的灰色残差预测模型,并应用此模型预测了某不锈钢构件腐蚀疲劳裂纹的扩展,得到了较高精度的预测结果,为疲劳裂纹预测提供了一种简易而可靠的新途径。     

疲劳裂纹预测的灰方法

借助灰色理论,建立了预测疲劳裂纹扩展的灰色模型,并应用此模型预测了某不锈钢构件腐蚀疲劳裂纹的扩展,得到了较高精度的预测结果,为疲劳裂纹预测提供了一种简易而可靠的新途径。     

基于WPT-SVD-KELM的大型风力机叶片表面裂纹识别方法研究

为准确识别风力机叶片表面裂纹位置和长度,提出基于小波包-奇异值分解-核极限学习机（WPT-SVD-KELM）的裂纹识别方法。搭建风力机某典型叶片裂纹识别平台,开展正常叶片和含裂纹叶片的模态实验和变桨实验,获取不同工况下正常叶片和含裂纹叶片的振动信号。利用频响函数研究裂纹位置对振动信号幅频响应的影响,从而准确识别叶片表面裂纹位置,利用WPT-SVD提取风力机叶片表面裂纹振动信号的时频特征,定义参数kr表征裂纹长度的变化,并将特征参数导入优化后的KELM,从而识别风力机叶片表面裂纹长度。     

汽轮机末级动叶片出口边水蚀特性及疲劳裂纹扩展的研究

空冷汽轮机组、调峰汽轮机组及热电联产汽轮机低压缸在小容积流量工况下运行时，末级动叶片根部分离流区的回流会将排汽缸湿蒸汽中的水滴带回叶栅通道，使动叶片吸力面出口区侵蚀并引发疲劳裂纹。为了确定机组负荷工况对叶片水蚀特性及叶片安全性的影响，首先利用流线曲率法发展出一种计算回流气动特性及水滴撞击叶片速度的方法。并用以分析了一台200MW汽轮机末级动叶根部出口边水蚀的特性，分析结果与实际情况较一致。此后，采用断裂力学理论研究了出口边水蚀缺口处的裂纹萌生期与扩展的增长率，计算结果与实际裂纹发展情况较为符合。所发展的方法为研究预防叶片出口边水蚀方法和合理制定机组检修周期提供了有用手段。     

基于性能退化数据的风力机叶片疲劳可靠性评估

为了在试验阶段对风力机叶片的疲劳可靠性进行评估,基于某型号风力机叶片全尺寸疲劳试验数据,考虑性能退化过程的随机性和单调性,选用严格单调的逆高斯过程描述叶片的疲劳性能退化轨迹。并根据性能退化理论,建立风力机叶片的逆高斯过程退化模型。利用极大似然估计方法对性能退化模型中的参数进行估计,并根据建立的性能退化模型的可靠度评估方法对叶片的疲劳可靠性进行评估,可实现风力机叶片在无失效寿命数据情况下的疲劳可靠性分析。     

风力机叶片摆锤共振疲劳加载系统及控制研究

分析疲劳加载过程中摆锤受叶片振动影响的运动规律,利用能量法进行系统动力参数匹配计算,设计一套摆锤共振型大型风力机叶片疲劳加载系统。利用激光测距传感器获取加载点振幅为控制参数,以振幅偏差为偏差变化率输入,加载频率为输出建立模糊控制系统,控制器对振幅变化数据进行采集、存储与分析,并搜索跟踪共振频率,驱动变频电机实现叶片等幅稳定振动。现场试验结果表明,叶片加载载荷更均匀,控制过程稳定可靠,共振时叶片加载点振幅误差保持在±5%之内,为风力机叶片疲劳加载提供了理论基础与试验依据。     

风力机叶片电磁脉冲式疲劳加载系统及试验研究

分析疲劳试验过程中叶片加载的运动规律,利用能量法对能量耗散进行计算及动力参数匹配,设计一套叶片电磁脉冲式疲劳加载系统。采用短时能量补充加载,瞬时最小势能原理导出叶片在时变载荷作用下的多自由度运动方程,建立仿真模型并对脉冲激励叶片响应数值进行仿真。利用激光测距传感器获取加载点振幅为控制参数,控制器基于SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)脉冲控制方式,搜索跟踪共振频率,实现叶片等幅稳定振动。现场试验表明,叶片脉冲加载载荷均匀,控制过程稳定可靠,共振时叶片加载点振幅误差保持在±5%之内,试验效率及系统寿命得到提高,可为风力机叶片疲劳实验提供一种新的加载方式。