葉片理論載荷計算軟件界面如圖16所示,對于葉片每一切面,將切面所有參數(shù)輸入到載荷計算軟件中,得到每一切面在X(揮舞)、Y(擺振)、Z(軸向)方向的理論計算載荷。
③ 載荷譜&損傷監(jiān)測模型
通過載荷標(biāo)定,建立應(yīng)變載荷方程,并在實際風(fēng)場的安裝使用中進行修正,通過大量數(shù)據(jù)累積,形成葉片載荷譜。
采用雨流計算法可以計算出每個測得的時間歷程的疲勞載荷譜。采用這種類似定義的載荷和條件來進行設(shè)計計算,雨流法包括以下幾下步驟:
Ø 從序列載荷中根據(jù)雨流法挑出某相鄰總的最大(峰值)和最小的(谷值)載荷并保留,記錄其峰值和谷值。
Ø 計算不同循環(huán)的累積數(shù)。
Ø 在取出的每一組數(shù)據(jù)中最高波峰或最低波谷處,將波形裁成兩段形成新的收斂—發(fā)散波。
載荷級數(shù)至少為50個,以便獲得足夠的精度。如果步長是固定的,應(yīng)選擇預(yù)計的最大的載荷范圍,這樣就可以使其獲取最大的載荷。換句話說,就是對每個記錄來說,根據(jù)每個記錄中出現(xiàn)的最大范圍,步長可以不同。
從雨流矩陣到載荷譜編制定壽所使用的載荷譜,需要了解風(fēng)力發(fā)電機組整個設(shè)計壽命期內(nèi)的外部條件與運行條件。這類數(shù)據(jù)可以表示成風(fēng)速分布以及整個壽命期內(nèi)可能出現(xiàn)的預(yù)期的各種事件(起動與停機、故障等),這些稱之為“工作循環(huán)”。據(jù)此,確定總的壽命時間、每次穩(wěn)態(tài)運行持續(xù)時間及瞬態(tài)事件載荷情況,然后導(dǎo)出每種載荷情況的加權(quán)因子,將測量載荷狀態(tài)、雨流矩陣中每個元素出現(xiàn)的次數(shù)換算成壽命當(dāng)量。使用載荷譜就是以加權(quán)的總體的雨流矩陣為基礎(chǔ)而制定的,這個過程不考慮載荷情況轉(zhuǎn)換時引起的低周疲勞載荷。
等效載荷是對給定的載荷測量時間內(nèi)對疲勞載荷的效果的一種方便的、簡明的描述。等效載荷是一個概括性的信號載荷,在給定的時間歷程中以給定的頻率(例如1Hz)出現(xiàn)的總的循環(huán)次數(shù)施加這個載荷時,它所造成的疲勞損傷與測得的載荷譜中所有雨流計算出的載荷幅值造成的損傷之和是相同的。等效載荷的最大優(yōu)點是能夠?qū)σ粋€特定載荷在給定的時間內(nèi)可能造成的疲勞損傷進行簡要描述。因此,能夠?qū)Σ煌\行條件下(如自然風(fēng),尾流,高湍流等等)的疲勞損傷直接進行比較,并能夠?qū)δM出的疲勞載荷和測量出的疲勞載荷進行比較。更明確地說,等效載荷是加權(quán)的平均雨流值,采用相關(guān)材料的S-N曲線的斜率m作為加權(quán)指數(shù)。假設(shè)材料特性用一個指數(shù)公式表示:
式中:N 是在以S級載荷幅值載荷下疲勞損壞時的循環(huán)次數(shù),S、C、m 是材料
特性,S—N曲線中的斜率m由相關(guān)材料來確定。
確定等效載荷時,需選擇一個對應(yīng)的等效循環(huán)次數(shù)。等效循環(huán)次數(shù)應(yīng)代表給定載荷類型的典型頻率。風(fēng)輪俯仰彎矩等效循環(huán)次數(shù)應(yīng)和葉片通道的頻率一致,也可以簡單采用1Hz。等效載荷用以下公式定義: