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作者：

黄涛

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摘要：

风电叶片全尺寸疲劳试验是检测叶片设计及制造质量的强制性手段.目前,国内外疲劳试验主要采用单轴疲劳测试,由于该方法精度低,周期长,因此各国都加快了对双轴疲劳测试方法的研究.然而,双轴疲劳试验缺乏叶片损伤量化方法,导致高效准确的双轴加载试验平台一直难以推广.因此本文提出一种基于复合材料多轴应力状态的风电叶片双轴疲劳试验损伤量化模型,将疲劳试验中风电叶片产生的损伤进行量化,为风电叶片双轴全尺寸结构疲劳试验的发展提供一定的理论支撑.本文主要研究内容及结论如下:(1)复合材料疲劳累积损伤理论及小样本P-S-N曲线建模.在进行叶片疲劳试验的损伤量化时,通常需结合材料的S-N曲线进行计算,考虑复合材料疲劳试验周期长,成本高,本文提出一种基于Weibull分布的小样本P-S-N曲线拟合方法.首先计算样本均值拟合得到中值S-N曲线;其次根据Weibull分布特性构造随机变量函数,并利用样本中值作为迭代初值进行摄动寻优;最后确定Weibull分布的形状参数α和尺度参数β,实现P-S-N曲线的拟合.(2)风电叶片三维模型的建立及危险截面的获取.通过翼型设计软件Profili导出原始的翼型坐标,经过坐标变化公式求得叶片的三维空间坐标,最终在Solidworks中生成叶片三维模型图.将叶片导入Abaqus提供的三维模型接口,根据叶片要求对材料参数,材料铺层,网格划分及工况加载进行设置,最终获得叶片各截面应力云图,并确定叶片危险截面为最大弦长处.(3)建立风电叶片双轴疲劳试验条件下损伤量化模型.本文以复合材料多轴疲劳理论为基础,提出一种双轴疲劳加载试验的损伤量化模型,并结合某1.5MW风电叶片危险截面仿真数据,对单,双轴疲劳试验下的损伤值进行对比分析.得出在相同试验次数下,双轴疲劳试验累积的疲劳损伤高于两个单轴疲劳试验累积的疲劳损伤和的结论.在此基础上,分析双轴疲劳试验中挥舞方向与摆振方向的应力耦合规律,为风电叶片双轴全尺寸结构疲劳试验的推广提供一定的理论支持.

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