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CWPC2018技术优化运维:北京鉴衡认证中心有限公司叶片认证工程师王欣荣——《叶片疲劳试验加载方案优化方法的研究》

2018-04-02 来源:东方风力发电网作者:御风者 浏览数:1005

第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。

   第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。
 
  北京鉴衡认证中心有限公司叶片认证工程师王欣荣在设计优化运维专场做了题为《叶片疲劳试验加载方案优化方法的研究》的演讲。以下为演讲内容实录:


北京鉴衡认证中心有限公司叶片认证工程师王欣荣
 
  叶片全尺寸疲劳试验根据IEC61400—23标准,叶片型式试验中应该包括疲劳试验。目前国内大多数的叶片厂商采用的多电配重等幅共振方法进行。这种方法技术难度不是太高,实现起来比较简单。
 
  实验的一个基本目标是在特定的区域内,让实验载荷达到预先的目标载荷。同时限定整个全叶片的超载情况。如果超载过高的话会导致叶片的不可预期的损坏。疲劳试验耗时比较长,所以要求在尽可能短的时间内完成疲劳试验,根据标准的要求。
 
  对于叶片疲劳试验的方案设计,我们采用的有限元梁模型以及谐响应分析方法,在特定频率下叶片试验弯矩的设计由梁各截面的中心位置、主轴方向、线密度、扭转刚度和基于主轴的弯曲刚度。这些都可以来自叶片的模型。采用这种模型计算的话,一个算力大约算一次2—3秒就可以算出来。
 
  下面针对不同的设计参数做一下参数讨论,现在第一组情况是单纯一个激振点,没有配重点的情况下,激振点的位置对超载比例和负载区域的影响,这里面重量越重,位置越远离叶根,在不同的位置上影响效果,对参数的敏感性不一样。这个是激振点位置和重量对于覆盖区域的影响,这两个曲面中间夹持的区域使实验载荷能够大于目标载荷,满足实验要求。基本看出这几张图都是相对单调的关系,参数的大小关系相对比较明确。
 
  下面讨论一个激振点,然后后面跟着一个配重点的方式。同样是先讨论配重点位置和激振点位置对超载比率和超载区域的一个影响曲面。可以看出从负的超载系数到超载150%这个范围的变化还是挺明显的。但是激振点如果靠近叶根的话,配重点的位置对于超载的影响就不是太敏感了。
 
  下面是配重重量和激振重量对于超载系数以及覆盖区域的影响。基本上确定是一个单调的关系,现在讨论配重点更靠近叶根,随后是激振点。当激振点靠近叶根的时候,配重点的影响比较小,就是参数不敏感,包括超载比例的影响都不敏感。
 
  这个是同一种配置方式,配重点重量和激振点重量,对于超载系数和覆盖区域的影响。同样配重重量对于过频率和超载比例敏感度比较小,然后激振点重量会显著影响这两个目标参数。
 
  目前进行的两个参数组合的讨论,但是针对于激振点的位置以及重量,有可能达到4个乃至6个参数。目前的这种曲面的方式已经直观地进行表达了。所以说我们迫切地需要能够快速地去优化这些参数的最佳位置,能够去完成这个试验的设计。
 
  现在设定一个目标函数使得系统、包括激振点系统的过频率最大,设定激振点和配重点的位置为变量,固激振频率为固定百分比,还有偏心系统的摆臂的长度。
 
  这个下面是设计变量所要满足的运输条件,所有的激振点位置和配重点位置应该在特定的一个区间内,然后满足位置的一个相互关系。他们的激振点重量和配重点重量,然后满足一个常数的线性关系。在特定的区域内实验弯矩要求大于或者等于固定弯矩,实验弯矩应该不能超过特定的比率。
 
  优化算法采用MATLAB的优化工具箱实现,这是它的界面,可以选择特定的优化方法、优化算法、约束条件,包括它的收敛准则。优化程序的执行原理是MATLAB在每次迭代的时候去完全ANSYS计算,每一次去更新激振点和配重点的重量位置,然后这个黑箱去返回试验弯矩和过频率。
 
  这是下面我做的一个算力,就是约束了激振点位置和配重点位置、激振点重量和配重点重量,包括超载的比率和超载区域,包括约束范围,还有一些固定条件。
 
  这个是我设定初始条件以后优化的一个结果。激振点30米,配重点50米,然后激振点3吨重,然后配重点0.2吨。偏心块350公斤,在超载不到50%的情况下,过频率达到5.89%,这样的优化满足我预先设定的条件。
 
  (内容来自现场速记,未经本人审核)

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