基于CLD的风电叶片挥舞疲劳试验寿命预测方法

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20240828.010

复合材料科学与工程 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (8): 70-74.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240828.010

基于CLD的风电叶片挥舞疲劳试验寿命预测方法

冯学斌, 王博文, 张文伟, 邓航, 刘鹏辉

株洲时代新材料科技股份有限公司风电产品事业部,株洲 412000

收稿日期:2023-07-20 出版日期:2024-08-28 发布日期:2024-09-25
作者简介:冯学斌(1977—),男,博士,教授级高级工程师,研究方向为大型复合材料风电叶片设计和工程化应用。
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFB3704504)

Life prediction method of wind turbine blade flapping fatigue test based on CLD model

FENG Xuebin, WANG Bowen, ZHANG Wenwei, DENG Hang, LIU Penghui

Wind Power Product Division, Zhuzhou Times New Material Technology Co., Ltd., Zhuzhou 412000, China

Received:2023-07-20 Online:2024-08-28 Published:2024-09-25

摘要/Abstract

摘要： 随着风电叶片长度的不断增加,挥舞疲劳测试时叶片自重和夹具重量对叶片产生的影响已无法忽略。本文以株洲时代新材料科技股份有限公司某90 m级叶片挥舞疲劳试验主梁失效为研究对象,测试了主梁拉挤板在不同应力比情况下的疲劳S-N曲线,基于Goodman等寿命图提出一种新的复合材料疲劳寿命预测方法。通过考虑平均应力对主梁疲劳寿命的影响,文章对比分析理论试验预测损伤及疲劳试验实际损伤,得出两个重要结论:①现有不考虑叶片自重的挥舞疲劳试验载荷等效方法已不能反映叶片的实际受载情况;②本文提出的考虑均值的Goodman疲劳寿命计算方法能够较准确地预测叶片的疲劳试验寿命。

关键词: 风电叶片, 挥舞疲劳, 平均应力, 疲劳试验, 累积损伤, 复合材料

Abstract: With the increasing length of wind turbine blades, the influence of blade weight and fixture weight on the blade during the flapping fatigue test can no longer be ignored. In this paper, taking the failure of the main beam of a 90 m-class blade waving fatigue experiment of Zhuzhou Times New Material Technology Co., Ltd., as the research object, the fatigue S-N curve of the main beam pultruded plate with different stress ratios was tested, and a new fatigue life prediction method for composite materials was proposed based on Goodman’s isotropic life diagram. By considering the effect of average stress on the fatigue life of the main beam, the article compares and analyzes the theoretical experimental prediction of damage and the actual fatigue experimental damage, and draws two important conclusions: ① The existing waving fatigue experimental load-equivalent method, which does not take into account the self-weight of the blade, can no longer reflect the actual loading of the blade; ② the Goodman fatigue life calculation method proposed in this paper can predict the fatigue experimental life of the blade more accurately by considering the mean value.

Key words: wind power blade, flapping fatigue, average stress, fatigue test, cumulative damage, composites

中图分类号:

TB332

冯学斌, 王博文, 张文伟, 邓航, 刘鹏辉. 基于CLD的风电叶片挥舞疲劳试验寿命预测方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 70-74.

FENG Xuebin, WANG Bowen, ZHANG Wenwei, DENG Hang, LIU Penghui. Life prediction method of wind turbine blade flapping fatigue test based on CLD model[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2024, 0(8): 70-74.

参考文献

[1] 马强. 双轴共振式风电叶片全尺寸结构疲劳测试理论与方法[D]. 兰州: 兰州理工大学, 2021.
[2] MA Q, AN Z-W, GAO J-X, et al. A method of determining test load for full-scale wind turbine blade fatigue tests[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2018(32): 5097-5104.
[3] PARK T, KIM M, JANG B, et al. A nonlinear constant life model for the fatigue life prediction of composite structures[J]. Advanced Composite Materials, 2014, 23(4): 337-350.
[4] 马军霞. 多点配重下的风电叶片全尺寸疲劳试验加载方法研究[D]. 兰州: 兰州理工大学, 2020.
[5] 杨晓玺. 大型风电叶片多轴疲劳寿命预测[D]. 兰州: 兰州理工大学, 2018.
[6] 傅程, 张方慧. 风轮叶片疲劳试验加载设计[J]. 中国机械工程, 2018, 29(6): 743-747.
[7] 黄志华, 黄永东, 赵萍, 等. 风电叶片疲劳试验载荷确定方法研究[J]. 东方汽轮机, 2012(2): 12-19.
[8] 安宗文, 马军霞, 马强, 等. 风电叶片全尺寸疲劳试验加载方法研究[J]. 太阳能学报, 2021, 42(10): 250-257.
[9] 郭艳珍, 隋文涛, 窦亚萍. 风电叶片单轴疲劳试验弯矩匹配智能优化[J]. 振动测试与诊断, 2022, 42(3): 490-494, 616.
[10] 韩美琪. 双轴加载的风电叶片全尺寸结构疲劳试验载荷匹配方法[D]. 兰州: 兰州理工大学, 2022.
[11] 何佳浩, 张文伟, 邓航, 等. 风电叶片静力试验配载优化与验证[J]. 复合材料科学与工程, 2021(9): 18-21.
[12] CASTRO O, BRANNER K, DIMITROV N, et al. Assessment and propagation of mechanical property uncertainties in fatigue life prediction of composite laminates[J]. Journal of Composite Materials, 2018, 52(24): 179-180.
[13] COLOMBO C, BHUJANGRAO T, LIBONATI F, et al. Effect of delamination on the fatigue life of GFRP: A thermographic and numerical study[J]. Composite Structures, 2019, 218: 152-161.
[14] Composite Components: DNV-OS-C501[S]. Norway: DNV, 2013.

[1]	王晓明, 王晓波, 程亚男, 张晨, 权震震, 张辉, 刘勇, 孙厚礼, 俞建勇. 碳纤维/芳纶纤维混杂三维编织复合材料制备与冲击性能的研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 5-10.
[2]	李嘉敏, 谭丽娜, 蒋函蔚, 范如意, 冉起超. 适用于RTM工艺的环氧改性苯并噁嗪树脂的性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 11-16.
[3]	凌徐杰, 陈殷红, 陆亦洲, 方园. 阻燃微胶囊改性玻璃纤维增强聚合物基复合材料阻燃性能与冲击性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 17-23.
[4]	刘雨舜, 魏筱霖, 刘奔奔, 顾轶卓. 含钨粉体改性三维间隔连体织物复合材料γ射线屏蔽性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 24-31.
[5]	毛敬侨, 胡怡玲, 庞优, 阳玉球. 基于上浆处理的碳纤维/聚丙烯纤维毡复合材料的制备及性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 32-38.
[6]	金想想, 马远卓, 赵振宙, 许波峰, 李洪双. 复合材料风力机叶片参数化设计及优化[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 39-44.
[7]	叶璐, 张代军, 李军, 栗付平, 陈祥宝. 碳纤维增强聚芳醚酮热塑性复合材料电阻焊接工艺研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 45-52.
[8]	王浩达, 朱福先, 胡可军, 徐先宜. 纤维增强复合材料螺栓连接结构参数化有限元建模方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 53-61.
[9]	谢利来, 胡聪良, 董敏, 杨晓辉, 刘鹏辉. 基于分段线性均值修正的风电叶片疲劳寿命计算方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 62-69.
[10]	李明, 樊维超, 孙乾, 杨东锦, 居相文, 方亚宁, 吴举. 民机中央翼桁架肋结构布置优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 75-83.
[11]	易晓园. 基于PSO-RF的FRP筋与混凝土间黏结强度预测模型[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 84-90.
[12]	陈铃飞, 王宣博, 刘其琛, 邵振宇, 王子龙, 张浩. 一种超近程无人机热膨胀成型工艺研究及性能验证[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 91-96.
[13]	张宜凯, 冯家稷, 谷俊峰, 孙秀洁, 阮诗伦. 车载Ⅳ型高压储氢气瓶内衬损伤与爆破失效研究综述[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 97-109.
[14]	荣亚鹏, 陈允, 王亚祥, 李天辉, 陈荣, 李进. 环氧树脂复合材料残余应力检测技术研究进展[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 110-118.
[15]	张莹博, 单光华, 王飞, 马海鹏, 刘瑞卿, 陈辉. 风电机组叶片覆冰预测和防覆冰技术综述[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 119-128.

基于CLD的风电叶片挥舞疲劳试验寿命预测方法

Life prediction method of wind turbine blade flapping fatigue test based on CLD model

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