用于共振疲勞試驗的力矩校準(zhǔn)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于諸如風(fēng)機葉片的試驗樣品的疲勞試驗。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)機葉片是風(fēng)力發(fā)電機的重要部件，并且整個系統(tǒng)的性能和使用壽命視為取決于 葉片的性能也未嘗不可。約幾十米長且重于十噸的新型幾兆瓦（MW)葉片，應(yīng)考慮各種載荷 條件來進行設(shè)計并通過試驗進行驗證。靜態(tài)試驗和疲勞試驗可作為用于葉片可靠性驗證的 試驗。
[0003] 通常，用于風(fēng)機葉片的疲勞試驗使用如圖1所示的疲勞試驗裝置100來執(zhí)行。參 照圖1，葉片110在根部處固定至試驗臺120,從而形成懸臂梁。激勵器130安裝在葉片110 上并向葉片110施加反復(fù)力，W引起懸臂梁振蕩。
[0004] 調(diào)整激振力，W使得由葉片110的振蕩所引起的彎矩分布可超過目標(biāo)彎矩分布。 葉片110利用共振在目標(biāo)周期中W某個振幅振動。通常，該目標(biāo)周期設(shè)置成幾百萬的周期 數(shù)。例如，全尺寸疲勞試驗需要具有一百萬周期數(shù)的翼面試驗和具有兩百萬周期數(shù)的沿邊 試驗，其花費約=個月的非常長的試驗時間。
[0005] 疲勞試驗方法分成兩類，即強制位移式疲勞試驗和共振式疲勞試驗。在兩類試驗 方法之間，后一種類型因提供所需的更大振蕩范圍，因而近來倍受關(guān)注。目P，共振疲勞試驗 可在利用共振的固有頻率處有效地進行。由于允許葉片通過較小的驅(qū)動力而W大振幅振 蕩，所W共振疲勞試驗可W大大降低疲勞試驗所需的能量。
[0006] 另外，疲勞試驗包括用于在翼面方向上致動葉片的翼面試驗和用于在沿邊方向上 致動葉片的沿邊試驗。單軸試驗單獨地執(zhí)行兩個試驗，而雙軸試驗同時執(zhí)行兩個試驗。
[0007] 同時，在疲勞試驗之前，應(yīng)變儀附接在葉片上，然后向葉片施加靜荷載。通過應(yīng)變 儀測量應(yīng)變并由該應(yīng)變計算力矩。運稱作校準(zhǔn)。
[0008] 根據(jù)典型的校準(zhǔn)方法，在向葉片施加靜荷載之后，計算合成彎矩和應(yīng)變儀的測量 信號之間的相互關(guān)系。具體地，僅使用翼面（flapwise)方向上的靜荷載來執(zhí)行用于翼面疲 勞試驗的校準(zhǔn)，類似地，僅使用沿邊方向上的靜荷載來執(zhí)行用于沿邊（edgewise)疲勞試驗 的校準(zhǔn)。其缺陷在于，運種典型的校準(zhǔn)方法基本上具有如下的動力學(xué)問題。
[0009] 在校準(zhǔn)情況中，因為使用的是靜荷載，所W施加至葉片的分量只是單軸載荷分量。 然而，實際的疲勞試驗處于動載荷狀態(tài)，從而即使是在單軸試驗的情況中，葉片也會如雙軸 試驗中一樣在與致動方向不平行的對角線方向上運動。運可稱作不對稱彎曲。葉片的對角 線運動引起具有垂直分量和水平分量的慣性力，從而存在雙軸載荷分量。
[0010] 因此，即使使用通過傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法測量和計算出的應(yīng)變和力矩來執(zhí)行疲勞試 驗，實際試驗通常也可能無法與校準(zhǔn)結(jié)果相匹配。其原因是，只根據(jù)一個方向計算出的力矩 被應(yīng)用到在不對稱彎曲下執(zhí)行的實際試驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 因此，為了解決上述問題或任何其它問題，本發(fā)明提供新的力矩校準(zhǔn)技術(shù)。具體 地，與基于單軸載荷狀態(tài)的傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的運種技術(shù)是考慮實際疲勞試驗的雙軸 載荷狀態(tài)的新方法。
[0012] 本發(fā)明的各種實施方式提供用于試驗樣品的共振疲勞試驗的力矩校準(zhǔn)方法。該方 法可包括W下步驟：(a)在第一方向上向試驗樣品施加靜載荷，W使得試驗樣品彎曲；化） 從通過附接至試驗樣品的至少一個測量傳感器測量的物理量獲得第一測量值；(C)在第二 方向上向試驗樣品施加靜載荷，W使得試驗樣品彎曲，其中第二方向與第一方向不同；(d) 從通過附接至試驗樣品的至少一個測量傳感器測量的物理量獲得第二測量值；W及（e)計 算第一測量值、第二測量值、W及分別由在第一方向上和第二方向上施加的靜載荷計算出 的力矩值之間的相互關(guān)系。
[0013] 在該方法中，至少一個測量傳感器可包括設(shè)置在試驗樣品的相同橫截面上的不同 位置處的測量傳感器。
[0014] 在運種情況下，測量傳感器可包括在第一方向上設(shè)置于試驗樣品上的至少一個第 一測量傳感器W及在第二方向上設(shè)置于試驗樣品上的至少一個第二測量傳感器。
[0015] 此外，在步驟化）處，與因由不對稱彎曲造成的、第二方向上的彎曲而引起的物理 量相比，第一測量傳感器可測量因由所施加的靜載荷造成的、第一方向上的彎曲而引起的 相對更大的物理量；W及與因由所施加的靜載荷造成的、第一方向上的彎曲引起的物理量 相比，第二測量傳感器可測量因由不對稱彎曲造成的、第二方向上的彎曲而引起的相對更 大的物理量。
[0016] 此外，在步驟（d)處，與因由不對稱彎曲造成的、第一方向上的彎曲而引起的物理 量相比，第二測量傳感器可測量因由所施加的靜載荷造成的、第二方向上的彎曲而引起的 相對更大的物理量；W及與因由所施加的靜載荷造成的、第二方向上的彎曲而引起的物理 量相比，第一測量傳感器可測量因由不對稱彎曲造成的第一方向上的彎曲而引起的相對更 大的物理量。
[0017] 在該方法中，可W在步驟化）之后和在步驟（d)之后，單獨地執(zhí)行步驟（e)，或者可 在步驟（d)之后整體地執(zhí)行步驟（e)。
[0018] 同時，本發(fā)明的各種實施方式還提供一種用于試驗樣品的共振疲勞試驗的力矩校 準(zhǔn)裝置。該裝置可包括：試驗臺，配置成固定試驗樣品的一端；至少一個測量傳感器，附接 至試驗樣品；處理器，配置成處理從測量傳感器接收的信號；W及加載單元，配置成向試驗 樣品施加靜載荷。在該裝置中，當(dāng)加載單元在第一方向上向試驗樣品施加靜載荷W使試驗 樣品彎曲時，處理器可從通過測量傳感器測量的物理量獲得第一測量值。此外，當(dāng)加載單元 在第二方向上向試驗樣品施加靜載荷W使試驗樣品彎曲時，處理器可從通過測量傳感器測 量的物理量獲得第二測量值，其中第二方向與第一方向不同。此外，處理器可計算第一測量 值、第二測量值、W及分別由在第一方向和第二方向上施加的靜載荷計算出的力矩值之間 的相互關(guān)系。
[0019] 在該裝置中，至少一個測量傳感器可包括設(shè)置在試驗樣品相同橫截面上的不同位 置處的傳感器。
[0020] 在運種情況下，測量傳感器可包括在第一方向上設(shè)置于試驗樣品上的至少一個第 一測量傳感器和在第二方向上設(shè)置于試驗樣品上的至少一個第二測量傳感器。
[0021] 當(dāng)在第一方向上施加靜載荷時，與因由不對稱彎曲造成的、第二方向上的彎曲而 引起的物理量相比，第一測量傳感器可測量因由所施加的靜載荷造成的、第一方向上的彎 曲而引起的相對更大的物理量。當(dāng)在第二方向上施加靜載荷時，與因由所施加的靜載荷造 成的、第二方向上的彎曲而引起的物理量相比，第一測量傳感器可測量因由不對稱彎曲造 成的、第一方向上的彎曲而引起的相對更大的物理量，W及
[0022] 當(dāng)在第一方向上施加靜載荷時，與因由所施加的靜載荷造成的、第一方向上的彎 曲而引起的物理量相比，第二測量傳感器可測量因由不對稱彎曲造成的、第二方向上的彎 曲引起的相對更大的物理量。當(dāng)在第二方向上施加靜載荷時，與因由不對稱彎曲造成的、 第一方向上的彎曲而引起的物理量相比，第二測量傳感器可測量因由所施加的靜載荷造成 的、第二方向上的彎曲而引起的相對更大的物理量。
[0023] 在上述的方法和裝置中，試驗樣品可W是W下之一：風(fēng)機葉片、橋梁、建筑物、游艇 跪桿、或者具有振蕩可能性并需要疲勞試驗的任何其它結(jié)構(gòu)。如果試驗樣品是風(fēng)機葉片，貝U 第一方向和第二方向分別可W是風(fēng)機葉片的翼面方向和沿邊方向。
【附圖說明】
[0024] 圖1是示出了典型的共振疲勞試驗裝置的示意圖。
[00巧]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的、用于執(zhí)行力矩校準(zhǔn)的共振疲勞試驗裝置 的示意圖。 陽0%] 圖3是示出了應(yīng)變儀的理想布置的圖形。
[0027] 圖4是示出了應(yīng)變儀的實際布置的圖形。
[0028] 圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的、用于共振疲勞試驗的力矩校準(zhǔn)方法的流 程圖。
[0029] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的、計算測量應(yīng)變值和彎矩值之間的線性比的結(jié)果 的示例性圖形。
【具體實施方式】
[0030] 在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實施方式。
[0031