疲劳测试制造技术

本发明专利技术涉及一种用于对诸如风力涡轮机叶片等细长样本进行疲劳测试的方法，所述方法包括：响应于与样本相关联的至少一个应变时程，计算所述细长样本的至少一个相应第一部段上的一个或多个位置处的使用寿命损害总和；确定可单独地应用于所述样本的多个预定测试块中的每一个在所述一个或多个位置处的预测测试损害总和；以及基于所述一个或多个位置中的每一个位置的所述预测测试损害总和与所述使用寿命损害总和的比较来选择与所述多个预定测试块相关联的至少一个测试块，其中，所述选择的至少一个测试块可应用于所述样本以使得在所述一个或多个位置中的每一个位置处的测试损害总和至少大体上与在所述一个或多个位置中的每一个位置处的所述使用寿命总和相匹配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】疲劳测试
本专利技术涉及对诸如风力涡轮机叶片等细长样本进行测试。尤其是，但并非限于，本专利技术涉及对诸如风力涡轮机叶片等细长样本进行双轴线疲劳测试。当前风力涡轮机行业内存在朝着较大风力涡轮机发展的趋势，以便减小风力涡轮机在安装、维修和网格连接上的成本对由风力涡轮机转换的能量的总成本的影响。为此，设计并且生产了较长且较大的叶片来从风中捕获更多的能量，其中，一些叶片超过75mm长。尺寸增加导致叶片在使用中所受负载增加。叶片是涡轮机最重要的部件之一，因此所有新的叶片设计在投放市场之间均要进行全面的测试，以确保其在运行时不会出现故障。主要有两种风力涡轮机叶片测试：静态测试和动态疲劳测试。静态测试证明叶片可以承受在运行中遇到的极端负载，而疲劳测试证明叶片可以在涡轮机的设计寿命内保持完好。照惯例，将绞盘或者线性致动器附接至叶片以通常在四个不同方向上对叶片施力，同时在叶片表面限定点处测量应变。通常，将叶片水平定向，并通过用螺栓将其根部连接至合适的固定测试床而在所有方向上将其束缚。然后沿着叶片在期望位置处和期望方向上对叶片施加负载。垂直于叶片的纵向轴线并且大体上垂直于翼型件的翼弦所施加的一种负载被称为翼面向负载。同样垂直于叶片的纵向轴线并且大体上平行于翼型件的翼弦所施加的另一种负载被称为沿边负载。这些测试可以是静态测试或者动态测试，以分别确定叶片的刚度和强度或其疲劳性能。另一种已知的测试是使叶片在其根部处从固定测试床上悬臂似的伸出并且使得叶片在自然频率模式下共振。为了使叶片共振，已知的是在翼面向方向或者沿边方向上施加正弦负载以在一个或多个位置处激励该叶片，该一个或多个位置选择成使得所产生的模态形状导致沿着叶片长度与期望负载更加匹配。计算这些负载，以使得在给定循环次数(通常约为一百万次循环)之后发生与预测叶片使用寿命(通常为约20年)期间会发生的损害量相等的损害量。叶片的共振减少了会对叶片施加例如弯曲或者横向负载所需能量的量。因此，共振激励是对风力涡轮机叶片进行疲劳测试的理想方法。然而，该测试通常受限于其上安装有所有测试装备的叶片的第一自然频率。此外，随着叶片的长度和质量的增加，循环疲劳测试期间出现的力、偏转、以及气动阻尼全都增加，并且叶片的共振频率也会减小，从而导致该测试花费更长时间且相关成本增加。此外，通常在翼面向方向和沿边方向上均对风力涡轮机叶片进行疲劳测试，并且这些测试单独进行，其中，每个方向通常为约一百万次循环至五百万次循环。然而，在运行中，该两个负载一起出现，因此该测试方法不代表现实运行条件并且需要大量时间和成本。对于特别大的叶片，测试程序可能花费一年以上，因此，需要一种减少测试时间的测试方法。常规的双轴线测试方法是强迫位移测试，其中，通过附接至固定结构的线性致动器在翼面向方向和沿边方向上使叶片受负载。可使所施负载负载之间具有适当的相位角，这解决了过度测试的问题，但由于施加负载的频率与叶片的自然频率有很大差别，所以该负载实际上是准静态的。这意味着叶片的超出圆筒附接点的部分是无载的，并且根部与圆筒之间的弯曲力矩分布是线性的。在实践中，这意味着仅仅可以在叶片跨度的一小部分上实现目标负载。除了这些问题之外，所需要的高负载和位移意味着使用了大量能量且初始资本成本也非常高。为此，随着叶片尺寸的增加，强迫位移测试就变得越来越无吸引力。混合激励系统(如US2006/0037402中公开的)使用共振激励来对叶片施加襟翼负载，并且使用强迫位移来对叶片施加沿边负载。可以通过利用附加静态质量更改叶片的模态形状来对翼面向方向上的弯曲力矩分布进行微调，因此利用恰当的负载在叶片跨度的更大部分上对叶片进行测试。然而，沿边负载仍具有上述相同问题，并且该方法对于较大叶片而言不可行。例如，横向致动器和共振致动器均较大且笨重，并且共振致动器包括较大往复质量来使叶片振动，就所需质量而言，这不适合较大叶片。此外，如果共振致动器的重心从叶片的轴线上偏移，则会在叶片上强加不切实际的力矩，尤其是当由横向致动器移动时。另一常规测试方法涉及通过使用每一端处具有球形接头的推杆来在与翼面向方向分离的沿边方向上额外增加质量。这会使沿边频率减少至与翼面向频率相同的水平，从而可以在相同频率下施加两个负载，其中，负载间具有恰当的相位角。然而，与该方法相关的问题是，要花费大量时间来进行建立，这是因为支撑附加质量的框架为较大结构，需要将该较大结构沿着叶片的长度移动并且固定在最佳位置。此外，需要附接至相对较大叶片所需要的质量的大小意味着该方法不太灵活并且不能测试较大叶片。
技术实现思路
本专利技术的目的是至少部分地缓解上述问题。本专利技术的某些实施例的目的是提供一种用于测试细长样本(诸如，风力涡轮机叶片)的方法，该方法能够以受控且实际的方式同时对样本施加沿边疲劳负载和翼面向疲劳负载以便模拟现实运行条件。本专利技术的某些实施例的目的是提供一种用于测试细长样本(诸如，风力涡轮机叶片)的方法，该方法根据在不同的双轴线测试条下在测试样本上的一个或多个位置处积聚的损害量来确定最佳双轴线测试条件。本专利技术的某些实施例的目的是提供一种用于测试细长样本(诸如，风力涡轮机叶片)的方法，该方法确定在测试期间且“忙碌时”在测试样本上的一个或多个位置处积聚的损害量，以便允许对测试设置和负载水平做出调节，这会改变损害在样本周围积聚的方式。本专利技术的某些实施例的目的是提供一种用于测试细长样本(诸如，风力涡轮机叶片)的方法，该方法使得与使用寿命损害更加匹配，同时仍保持共振测试的益处。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于对细长样本进行疲劳测试的方法，该方法包括：响应于与样本相关联的至少一个应变时程，计算细长样本的至少一个相应第一部段上的一个或多个位置处的使用寿命损害总和；针对可单独地适用于样本的多个预定测试块中的每一个确定在一个或多个位置处的预测测试损害总和；以及基于一个或多个位置中的每一个的预测测试损害总和与使用寿命损害总和的比较来选择与多个预定测试块相关联的至少一个测试块，其中所选择的至少一个测试块适用于样本以便使得在一个或多个位置中的每一个位置处的测试损害总和至少大体上与在一个或多个位置中的每一个位置处的使用寿命总和相匹配。适当地，该方法进一步包括：计算细长样本的至少一个相应第一部段上的多个间隔开的位置中的每一个位置处的使用寿命损害总和。适当地，多个预定测试块中的每一个至少由具有第一循环负载幅值的第一循环负载以及用于将所述第一循环负载施加于样本的第一测试持续时间来限定。适当地，第一循环负载可在相对于样本的纵向轴线大体上垂直的方向上施加于该样本。适当地，多个预定测试块中的每一个进一步由具有又一循环负载幅值的又一循环负载以及用于将所述又一循环负载施加于样本的又一测试持续时间来限定。适当地，又一循环负载可在相对于样本的纵向轴线大体垂直的方向上施加于该样本。适当地，第一循环负载大体上垂直于又一循环负载。适当地，第一测试持续时间大体上等于又一测试持续时间。适当地，多个预定测试块中的每一个进一步由相对于该样本的纵向轴线的样本的节距角来限定。适当地，该方法进一步包括：为多个预定测试块确定一个或多个位置中的每一个位置处的预测损害总和，其中，每个预定测试块由相应测试持续时间、相对于该样本的纵向轴线的样本的节距角、翼面向负载幅值(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对细长样本进行疲劳测试的方法，所述方法包括：计算所述细长样本的至少一个相应第一部段上的一个或多个位置处的使用寿命损害总和，以响应与样本相关联的至少一个应变时程；确定可单独地应用于所述样本的多个预定测试块中的每一个在所述一个或多个位置处的预测测试损害总和；以及基于所述一个或多个位置中的每一个的所述预测测试损害总和与所述使用寿命损害总和的比较，来选择与所述多个预定测试块相关联的至少一个测试块；其中，所述选择的至少一个测试块应用于所述样本以便使得在所述一个或多个位置中的每一个位置处的测试损害总和至少大体上与在所述一个或多个位置中的每一个位置处的所述使用寿命总和相匹配。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.23 GB 1423028.81.一种用于对细长样本进行疲劳测试的方法，所述方法包括：计算所述细长样本的至少一个相应第一部段上的一个或多个位置处的使用寿命损害总和，以响应与样本相关联的至少一个应变时程；确定可单独地应用于所述样本的多个预定测试块中的每一个在所述一个或多个位置处的预测测试损害总和；以及基于所述一个或多个位置中的每一个的所述预测测试损害总和与所述使用寿命损害总和的比较，来选择与所述多个预定测试块相关联的至少一个测试块；其中，所述选择的至少一个测试块应用于所述样本以便使得在所述一个或多个位置中的每一个位置处的测试损害总和至少大体上与在所述一个或多个位置中的每一个位置处的所述使用寿命总和相匹配。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：计算所述细长样本的所述至少一个相应第一部段上的多个间隔开的位置中的每一个位置处的使用寿命损害总和。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述多个预定测试块中的每一个至少由具有第一循环负载幅值的第一循环负载以及用于将所述第一循环负载施加于所述样本的第一测试持续时间来限定。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一循环负载可在相对于所述样本的纵向轴线的大体上垂直的方向上应用于所述样本。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述多个预定测试块中的每一个进一步由具有又一循环负载幅值的又一循环负载以及用于将所述又一循环负载施加于所述样本的又一测试持续时间来限定。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述又一循环负载可在相对于所述样本的纵向轴线的大体上垂直的方向上应用于所述样本。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述第一循环负载大体上垂直于所述又一循环负载。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述第一测试持续时间大体上等于所述又一测试持续时间。9.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述多个预定测试块中的每一个进一步由相对于所述样本的纵向轴线的所述样本的节距角来限定。10.根据任一项前述权利要求所述的方法，所述方法进一步包括：确定所述多个预定测试块在所述一个或多个位置中的每一个位置处的所述预测损害总和，其中，每个预定测试块由相应测试持续时间、相对于所述样本的纵向轴线的所述样本的节距角、翼面向负载幅值、以及沿边负载幅值来限定。11.根据任一项前述权利要求所述的方法，所述样本包括在固定端部处全部自由度受到约束的悬臂式细长样本。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述样本包括在所述叶片的根端处受到约束的风力涡轮机叶片。13.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，所述样本包括具有翼弦轴线的翼型截面，并且所述第一循环负载是可大体上垂直地应用于所述翼弦轴线的翼面向循环负载，并且所述又一循环负载是可大体上平行地应用于所述翼弦轴线的沿边循环负载。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一循环负载和所述又一循环负载分别包括第一弯曲力矩和又一弯曲力矩，所述第一弯曲力矩和又一弯曲力矩分别具有相应弯曲力矩幅值。15.根据任一项前述权利要求所述的方法，所述方法进一步包括：确定与所述多个预定测试块相关联的多个所述测试块的组合，其中，当将所述测试块应用于所述样本时，所述组合使得在所述一个或多个位置中的每一个位置处的测试损害总和至少大体上与在所述一个或多个位置中的每一个位置处的所述使用寿命损害总和相匹配。16.根据权利要求15...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·格里夫斯，
申请(专利权)人：ORE弹射器发展服务有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB