用于在共振疲勞試驗(yàn)中分析測量信號(hào)的方法和使用該方法的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于諸如風(fēng)機(jī)葉片的試驗(yàn)樣品的疲勞試驗(yàn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要部件，并且可W說整個(gè)系統(tǒng)的性能和使用壽命取決 于葉片的性能也未嘗不可。對于約幾十米長且重于十噸的新型幾兆瓦（MW)葉片，應(yīng)考慮各 種載荷條件來進(jìn)行設(shè)計(jì)并通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。靜態(tài)試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)可作為用于葉片可靠性 驗(yàn)證的試驗(yàn)。
[0003] 通常，用于風(fēng)機(jī)葉片的疲勞試驗(yàn)使用如圖1所示的疲勞試驗(yàn)裝置100來執(zhí)行。參 照圖1，葉片110在根部處固定至試驗(yàn)臺(tái)120,從而形成懸臂梁。激勵(lì)器130安裝在葉片110 上并向葉片110施加反復(fù)力，W引起懸臂梁振蕩。
[0004] 調(diào)整激振力W使得由葉片110的振蕩所引起的彎矩分布可超過目標(biāo)彎矩分布。葉 片110利用共振在目標(biāo)周期中W某個(gè)振幅振動(dòng)。通常，該目標(biāo)周期設(shè)置成幾百萬的周期數(shù)。 例如，全尺寸疲勞試驗(yàn)需要具有一百萬周期數(shù)的翼面試驗(yàn)（fIapwise test)和具有兩百萬 周期數(shù)的沿邊試驗(yàn)（edgewise test),其花費(fèi)約S個(gè)月的非常長的試驗(yàn)時(shí)間。
[0005] 疲勞試驗(yàn)方法分成兩類，即強(qiáng)制位移式疲勞試驗(yàn)和共振式疲勞試驗(yàn)。在兩類試驗(yàn) 方法之間，后一種類型因提供所需的更大振蕩范圍，因而近來倍受關(guān)注。目P，共振疲勞試驗(yàn) 可在利用共振的固有頻率處有效地進(jìn)行。由于允許葉片通過較小的驅(qū)動(dòng)力而W大振幅振 蕩，所W共振疲勞試驗(yàn)可W大大降低疲勞試驗(yàn)所需的能量。
[0006] 另外，疲勞試驗(yàn)包括用于在翼面方向（fIapwise direction)上致動(dòng)葉片的翼面試 驗(yàn)和用于在沿邊方向（edgewise direction)上致動(dòng)葉片的沿邊試驗(yàn)。單軸試驗(yàn)單獨(dú)地執(zhí) 行兩個(gè)試驗(yàn)，而雙軸試驗(yàn)同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)試驗(yàn)。
[0007] 此外，雙軸共振疲勞試驗(yàn)分成W下兩種情況：一種情況是在翼面方向和沿邊方向 上具有相同頻率和恒定振幅，另一種情況是在翼面方向和沿邊方向上具有不同頻率和可變 振幅。
[000引圖2A是示出了在前一種情況中的葉片末端位移的圖形，W及圖2B是示出了在前 一種情況中在沿邊方向上的葉片位移的曲線圖。在圖2A中，水平軸表示沿邊方向上的葉片 末端位移（單位：英寸）（也稱作超前-滯后末端位移），而豎直軸表示翼面方向上的葉片 末端位移（單位：英寸）（也稱為擺動(dòng)末端位移）。在圖2B中，水平軸表示時(shí)間（單位： 秒），而豎直軸表示沿邊葉片位移（單位：米）。另外，圖3A是示出了后一情況中的葉片末 端位移的圖形，W及圖3B是示出了后一情況中沿邊方向上的葉片位移的曲線圖。此外，圖 3C是示出了在后一情況中重疊在葉片上某些位置處的葉片運(yùn)動(dòng)輪廓的圖形。在圖3B中，水 平軸表示時(shí)間（單位：秒），而豎直軸表示沿邊葉片位移（單位：米）。在圖3C中，55. 6m、 48. Om等分別表示相距葉根的距離。
[0009] 在前一種情況下，翼面葉片運(yùn)動(dòng)和沿邊葉片運(yùn)動(dòng)之間不發(fā)生干設(shè)。此外，運(yùn)種運(yùn)動(dòng) W單一頻率進(jìn)行。因此能夠并且不難預(yù)測葉片的行為特性W及通過諧波分析執(zhí)行試驗(yàn)設(shè) 置。
[0010] 同時(shí)，后一種情況比前一種情況更實(shí)際。在后一種情況中，具有不同頻率的翼面葉 片運(yùn)動(dòng)和沿邊葉片運(yùn)動(dòng)之間發(fā)生干擾。因此，無法進(jìn)行諧波分析。即使在瞬態(tài)分析中，如圖 3B所示，由于兩個(gè)頻率沒有多大關(guān)系，所W獲得收斂性是很難的且需要巨大的計(jì)算負(fù)擔(dān)。其 結(jié)果是，后一種情況使得難W預(yù)料葉片的行為特性W及難W執(zhí)行試驗(yàn)設(shè)置。
[0011] 實(shí)際共振疲勞試驗(yàn)處于動(dòng)載荷狀態(tài)中，從而由于剛度禪合，即使在單軸試驗(yàn)中也 會(huì)引起如同雙軸試驗(yàn)中的葉片的不對稱彎曲。因此，如圖3A和圖3C所示，葉片在對角線方 向上運(yùn)動(dòng)，該對角線方向不與施加于葉片的激振力的方向平行。葉片的運(yùn)種對角線運(yùn)動(dòng)產(chǎn) 生具有水平分量和垂直分量的慣性力，從而引起雙軸載荷分量。目P，葉片的翼面和沿邊運(yùn)動(dòng) 之間的干設(shè)內(nèi)在地引起慣性禪合（或稱作質(zhì)量禪合）。
[0012] 針對W上原因，在共振疲勞試驗(yàn)期間從葉片測得的、翼面運(yùn)動(dòng)和沿邊運(yùn)動(dòng)之間受 到干設(shè)的信號(hào)非常復(fù)雜且使得難W提取期望物理量。因此，為了精確地預(yù)測葉片的行為特 性W及在共振疲勞試驗(yàn)中有效地執(zhí)行試驗(yàn)設(shè)置，本領(lǐng)域中需要一種用于分析從葉片測量出 的信號(hào)的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 因此，為了解決上述或任何其它問題，本發(fā)明提供了能夠在共振疲勞試驗(yàn)中，從測 量信號(hào)有效地求出期望物理量的新技術(shù)，其中，所述共振疲勞試驗(yàn)由于禪合效應(yīng)而造成試 驗(yàn)樣品的復(fù)雜的行為特性和不對稱彎曲。
[0014] 本發(fā)明提供用于在試驗(yàn)樣品的共振疲勞試驗(yàn)中分析測量信號(hào)的方法。該方法可包 括W下步驟：從附接至試驗(yàn)樣品的至少兩個(gè)測量傳感器中的每個(gè)接收測量信號(hào)；W及通過 考慮由第一方向載荷引起的第一方向上的第一測量值、由第一方向載荷引起的第二方向上 的第二測量值、由第二方向載荷引起的第一方向上的第=測量值、W及由第二方向載荷引 起的第二方向上的第四測量值中的所有測量值，從所接收的測量信號(hào)求出力矩載荷。
[0015] 本發(fā)明的各種實(shí)施方式提供用于在試驗(yàn)樣品的共振疲勞試驗(yàn)中分析測量信號(hào)的 方法，該方法包括W下步驟：從附接至試驗(yàn)樣品的至少兩個(gè)應(yīng)變儀中的每個(gè)接收測量信號(hào)； W及通過考慮由于翼面載荷引起的第一翼面應(yīng)變、由于翼面載荷引起的第一沿邊應(yīng)變、由 于沿邊載荷引起的第二翼面應(yīng)變、W及由于沿邊載荷引起的第二沿邊應(yīng)變中的所有應(yīng)變， 從所接收的測量信號(hào)求出力矩載荷。
[0016] 在該方法中，至少兩個(gè)應(yīng)變儀可設(shè)置在試驗(yàn)樣品的相同橫截面上的不同位置處。
[0017] 該方法還可包括在單軸共振疲勞試驗(yàn)的情況下，比較所求出的力矩載荷與目標(biāo)力 矩載荷。
[0018] 另外，該方法還可包括在雙軸共振疲勞試驗(yàn)的情況下，在所求出的力矩載荷轉(zhuǎn)換 成單軸等效力矩載荷之后，比較所求出的力矩載荷與目標(biāo)力矩載荷。在運(yùn)種情況下，可在翼 面方向和沿邊方向上W不同頻率執(zhí)行雙軸共振疲勞試驗(yàn)。
[0019] 同時(shí)，本發(fā)明的各種實(shí)施方式提供用于試驗(yàn)樣品的共振疲勞試驗(yàn)裝置。該裝置可 包括：試驗(yàn)臺(tái)，配置成固定試驗(yàn)樣品的一端；激勵(lì)器，安裝在試驗(yàn)樣品上并配置成向試驗(yàn)樣 品施加反復(fù)力，W引起振蕩；控制器，連接至激勵(lì)器并配置成向激勵(lì)器施加驅(qū)動(dòng)力；至少兩 個(gè)測量傳感器，附接至試驗(yàn)樣品并配置成測量由試驗(yàn)樣品的振蕩而引起的物理量，從而生 成測量信號(hào)；W及處理器，配置成從至少兩個(gè)測量傳感器中的每個(gè)測量傳感器接收測量信 號(hào)，W及通過考慮由第一方向載荷引起的第一方向上的第一測量值、由第一方向載荷引起 的第二方向上的第二測量值、由第二方向載荷引起的第一方向上的第=測量值、W及由第 二方向載荷引起的第二方向上的第四測量值中的所有測量值，從所接收的測量信號(hào)求出力 矩載荷。
[0020] 在該裝置中，測量傳感器可W是應(yīng)變儀，第一方向和第二方向可W分別是翼面方 向和沿邊方向，W及測量值可W是應(yīng)變。
[0021] 在該裝置中，至少兩個(gè)測量傳感器可設(shè)置在試驗(yàn)樣品的相同橫截面上的不同位置 處。
[0022] 該裝置還可包括存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器配置成存儲(chǔ)共振疲勞試驗(yàn)所需的或者與共振疲勞 試驗(yàn)相關(guān)的試驗(yàn)條件和數(shù)據(jù)，所述試驗(yàn)條件和數(shù)據(jù)包括目標(biāo)力矩載荷和由處理器求解的力 矩載荷。
[0023] 在該裝置中，在單軸共振疲勞試驗(yàn)的情況下，處理器還可配置成比較所求出的力 矩載荷與所存儲(chǔ)的目標(biāo)力矩載荷。
[0024] 另外，在該裝置中，在雙軸共振疲勞試驗(yàn)的情況下，處理器還可配置成在所求出的 力矩載荷轉(zhuǎn)換成單軸等效力矩載荷之后，比較所求出的力矩載荷與所存儲(chǔ)的目標(biāo)力矩載 荷。在運(yùn)種情況下，可在翼面方向和沿邊方向上W不同頻率執(zhí)行雙軸共振疲勞試驗(yàn)。
[00巧]在W上方法和裝置中，試驗(yàn)樣品可W是W下之一：風(fēng)機(jī)葉片、橋梁、建筑物、游艇跪 桿、或具有振蕩可能性并需要疲勞試驗(yàn)的任何其它結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[00%] 圖1是示出了典型共振疲勞試驗(yàn)的示意圖。
[0027] 圖2A是示出了在翼面方向和沿邊方向上具有相同頻率和恒定振幅的雙軸共振疲 勞試驗(yàn)的情況中，葉片末端位移的圖形。
[0028] 圖2B是示出了在翼面方向和沿邊方向上具有相同頻率和恒定振幅的雙軸共振疲 勞試驗(yàn)的情況中，沿邊方向上的葉片位移的曲線圖。
[0029] 圖3A是示出了在翼面方向和沿邊方向上具有不同頻率和可變振幅的雙軸共振疲 勞試驗(yàn)的情況中，葉片末端位移的圖形。
[0