叶片挥舞方向模态试验方案

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风力机叶片的模态分析

2020.8 EPEM133新能源New Energy 风力机叶片的模态分析安徽龙源风力发电有限公司高鹏摘要：研究自由振动期间5MW水平轴浮动风力机I型叶片的各阶模态下频率对于叶片的共振效应，结果表明I型梁下的风力机叶片不会发生共振效应，使用I型梁可以有效提高强度支撑和降低共振效应。

关键词：风力机；叶片；仿真；设计引言由于人口的增加和电力设备的广泛发展，世界对电能的需求也呈井喷式的发展，同时为了减少温室气体的排放，在过去的几年里风能行业发展迅速[1]。

风力机叶片表面结构复杂，由具有不同扭转角度、弦长、俯仰轴位置的翼型部件组装而成[2]。

叶片通常由玻璃纤维、环氧树脂等几个复合材料构成，具有轻便、耐久的特点[3]。

目前国内外对风力机的研究主要集中在叶片的翼型设计、空气动力学研究、振动噪声的形成机理，阳雪兵[4]研究了风力机叶片叶尖变形量与腹板厚度的关系，获得了叶片主要部分的应力分布情况，分析叶片低阶模态振动与固有频率，为风力机叶片设计提供基础数据。

由于单台风力机发电效率的增加，叶片尺寸也随之增加，导致转子和叶片的质量增加，这使得风力机主体的轴、塔架要求更加严格，但它减少了单位风场风力机的数量而提高运营成本[5]。

风力机叶片设计的主要目标是在一定风速范围内转子提供所需输出功率，然而转子、风力机叶片强度、刚度等性能应予以考虑。

本文以5MW水平轴浮式风力发电机叶片的结构模态进行分析，在自然频率下描述I型叶片在不同模态下的振动效果，揭示通过加装I型梁可有效改变固有频率是避免共振效应和不良弹性结构的关键机制。

1 理论模型1.1 物理模型叶片的整体结构影响着其运行的安全性，因此叶片抵抗弯曲的能力至关重要。

通常在叶片内部布置1~2根钢筋翼梁用于局部加固，确保剪切强度，提供支撑结构。

翼梁的结构刚性至关重要，比较常见的为I型翼梁，其设计结构防止叶片在旋转过程中撞到塔架，同时保证叶片质量较小，并防止其发生共振效应（图1）。

大型风电叶片的固有频率计算与模态测试分析.doc

大型风电叶片的固有频率计算与模态测试分析摘要：本文应用瑞利法对天威叶片2MW-TW45.3的固有频率进行了计算，通过与模态测试结果进行比较，得出了瑞利法在叶片初步结构设计时计算大型风电叶片固有频率具有足够的精确度、可行性及可靠性。

关键词：模态测试；固有频率；风电叶片中图分类号：TM641 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013）10-0114-01随着我国风力发电的不断发展，风力发电机叶片的长度不断加大，内部结构更趋复杂，由于叶片工作环境的复杂性，叶片的固有振动特性对其稳定性及其动态响应有关键的意义。

当风电机组在自然条件下运行时，作用在风力机叶片上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使叶片结构产生振动，风力发电叶片的振动主要有三种振动型式：（1）挥舞振动；（2）摆振振动；（3）扭振振动。

实际上作用在叶片上的载荷为动载荷，且具有交变性和随机性，当叶片的固有频率与激振力的频率相同时，就会产生共振，从而影响叶片的安全。

一、叶片固有频率计算由于叶片的剖面尺寸远较叶片的长度小，故可以把叶片结构的计算模型简化为一端固定一端自由的悬臂梁进行结构动力特性分析。

变截面叶片的自由振动方程为：令，得频率方程：此频率方程一般不能直接求得解答，工程上通常使用近似的方法。

本文采用一种工程上常用的低阶近似计算方法――瑞利法进行计算。

（一）瑞利法的基本原理。

瑞利法的基本原理是机械能守恒定律。

它的基本思想是：近似地给出系统的基阶振型函数Y（x），在振型Y（x）满足边界条件下，计算系统的最大动能和最大位能，二者相等时，即Tmax=Vmax时，就可以求得系统的基阶固有频率。

（二）瑞利法固有频率的计算。

由材料力学可知，不计剪力的影响，变截面叶片梁的位能为：式中，当位移达到最大值时有ymax=Y，故得到叶片梁的最大位能为：叶片梁的最大速度为：由此得到叶片梁的最大动能为：由Tmax=Vmax可得频率为：式中：E―材料的弹性系数（Pa），J―梁截面弯曲惯性矩（m4）利用上式计算叶片摆振方向和挥舞方向的第一、第二阶频率时，振型函数可选用等截面悬臂梁的振型函数。

风力发电机组及其叶片的主要测试项目

1 叶片主要检验和分析项目风力发电机组动力性能的测试要根据IEC 61400-23“风力机发电系统-第23部分：风轮叶片全尺寸结构试验”标准的最新版执行。

1.1 叶片静力试验静力试验用来测定叶片的结构特性，包括硬度数据和应力分布。

叶片可用面载荷或集中载荷（单点/多点载荷）来进行加载。

每种方法都有其优缺点，加载方法通常按下面讨论的经验方法来确定。

包括分布式面载荷加载方法、单点加载方法、多点加载方法。

静力试验加载通常涉及一个递增加载顺序的应用。

对于一个给定的加载顺序，静力试验载荷通常按均匀的步幅施加，或以稳定的控制速率平稳地增加。

必要时，可明确规定加载速率与最大载荷等级的数值。

通常加载速率应足够慢，以避免载荷波动引起的动态影响，从而改变试验的结果。

1.2 叶片疲劳试验叶片的疲劳试验用来测定叶片的疲劳特性。

实际大小的叶片疲劳试验通常是认证程序的基本部分。

疲劳试验时间要长达几个月，检验过程中，要定期的监督、检查以及检验设备的校准。

在疲劳试验中有很多种叶片加载方法，载荷可以施加在单点上或多点上，弯曲载荷可施加在单轴、两轴或多轴上，载荷可以是等幅恒频的，也可以是变幅变频的。

每种加载方法都有其优缺点。

加载方法的选用通常取决于所用的试验设备。

主要包括等幅加载、分块加载、变幅加载、单轴加载、多轴加载、多载荷点加载、共振法加载。

推荐的试验方法的优缺点如下表：表1 推荐的试验方法的优缺点1.3 叶片挠曲变形测量由于风轮相对于塔架的间隙有限，因此，叶片挥舞方向的挠度是非常重要的。

在试验过程中，应记录叶片和试验台的挠度。

该试验通常与静力试验一起进行。

1.4 叶片刚度分布测量叶片在给定载荷方向下的弯曲刚度可由载荷/应变测量值或由挠度测量值来导出。

叶片的扭转刚度可以表示为旋转角随扭矩增大的函数。

1.5 叶片应变分布测量如果需要，可用由置于叶片测试区域上的应变计测量叶片应变水平分布，应变计的位置和方向必须记录。

测量的次数取决于试验的叶片（例如叶片的大小、复杂程度、需要测量的区域等）。

叶轮叶片振动模态分析与实验研究挺好的

学位授予单位:武汉理工大学
1.学位论文刘淑华增压器压气机工作轮的模态分析与应用2003
该论文题目来源于中国北方机车车辆工业集团公司科技研究开发项目—"提高机车增压器可靠性的研究",论文内容系该研究项目中的主要工作,是很有实际意义和应用背景的课题.机车增压器是一种高速旋转机械,作为柴油机的关键部件,它直接影响柴油机的性能和可靠性,进而影响机车运行的安全、准时.针对某型号增压器在线路运行中曾发生过数起压气机工作轮(导风轮和压气机叶轮)叶片断裂故障,造成机车中途停车的重大事故.因此诊断压气机工作轮事故原因,并进行模态分析势在必行.该文利用大型有限元程序ANSYS5.7求解模态问题的模块分析了某涡轮增压器离心式压气机工作轮的振动特性.对ANSYS进行了二次开发,利用了ANSYS的ADPL语言,编制了压气机工作轮的有限元自动建模和分网程序.该程序适用于各型号的增压器压气机工作轮,能根据用户的需要迅速建立并划分出不同精度的六面体网格来.划分出的有限元网格模型可直接用于压气机工作轮强度、振频等计算.该程序解决了离心式压气机工作轮有限元计算中建模难,特别是六面体网格划分难的问题,大大缩短了计算的时间和难度.具有较强的工程适用性.该文计算了导风轮叶片、轮盘及压气机叶轮的自振频率,求出了压气机工作轮在静态和旋转状态下整体结构的自振频率、模态,并给出模态的彩色云图和振动模态的动画显示.通过共振Campbell图分析确定此轮盘在实际工作中的共振安全裕度,找出导风轮叶片断裂原因,最终提出有效的解决办法.上述计算结果与试验结叶片振动模态分析与实验研究
姓名:袁海峰
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:谭跃刚
20100501
叶轮叶片振动模态分析与实验研究
作者:袁海峰

叶轮叶片振动模态分析与实验研究的开题报告

叶轮叶片振动模态分析与实验研究的开题报告【题目】叶轮叶片振动模态分析与实验研究【背景】随着机械制造技术的发展，叶轮作为一种普遍的能量转换元件，在各种机械设备中广泛应用。

然而，由于叶轮经常遭受较大的离心力和振动力，其工作时容易出现振动现象，对机器本身和周围环境产生负面影响，甚至会导致设备损坏或人员安全事故。

因此，对叶轮振动问题进行深入研究，找出其产生振动的影响因素和解决方法，便成为当前研究的热点。

【研究内容】本项研究的主要内容为叶轮叶片振动模态分析与实验研究，包括以下几个方面：1.叶轮叶片振动模态分析：利用有限元方法对叶轮进行建模，将其叶片等效为薄板，分析其阻尼、共振频率等振动特性，并对其振动模态进行研究。

2.叶轮振动实验研究：设计叶轮振动实验台，并进行振动实验，通过实验数据对模型进行验证和修正，研究叶轮在不同转速条件下振动特性。

3.叶轮叶片材料和结构的改进：根据振动分析和实验结果，优化叶轮叶背材料和叶片安装结构，尽可能降低振动幅值，提高叶轮工作的安全性和稳定性。

【研究意义】本研究对于提高叶轮工作的安全性和稳定性具有重要意义。

通过对叶轮叶片振动模态分析，可以深入了解其振动特性，为制定叶轮的设计标准和选用适当材料提供科学依据。

通过实验研究，可以验证和修正分析模型，提高研究的可靠性和准确性。

最终通过改进叶轮叶片材料和结构，可有效地解决叶轮振动问题，提高设备工作的效率和安全性。

【研究方法】本项研究的研究方法主要包括有限元分析法和振动实验。

1.有限元分析法：根据叶轮的几何形状和材料力学特性进行建模，并计算其振动模态和频率响应，分析其振动特性，并优化其叶背材料和结构。

2.振动实验：设计合适的叶轮振动实验台和实验方案，对叶轮在不同转速下进行振动实验，采集实验数据，通过与有限元分析结果进行对比和验证，提高研究的可靠性和准确性。

【预期成果】本项研究预期可以获得以下成果：1.建立叶轮叶片振动模态分析模型，分析其振动特性，并优化其叶背材料和结构。

风机叶片静载荷和模态测试技术-宇航材料工艺

收稿日期:2010-12-15作者简介:许晓燕,1982年出生,硕士,主要从事复合材料结构设计方面的研究㊂E-mail:xuxiaoyan2001@风机叶片静载荷和模态测试技术许晓燕颜鸿斌李　东安明康蔡建强(航天材料及工艺研究所,北京　100076)文　摘　对近期国内外在风机叶片静载荷测试和模态测试方面的研究成果㊁测试标准和测试机构进行了评述㊂关键词　风机叶片,静载荷测试,模态测试Model Test and Static Test for Wind Turbine BladeXu Xiaoyan Yan Hongbin Li Dong An Mingkang Cai Jianqiang(Aerospace Research Institute of Materials &Processing Technology ,Beijing　100076)Abstract Recent research findings and applications of static test and model test for wind turbine blade as wellas test standards and test institutions at home and abroad are introduced in this paper.Key words Wind turbine blade ,Static test ,Model test 0　引言风机叶片是风力发电机的核心部件,是风机进行能量转换的重要组成部分㊂在自然环境中风机叶片承受着复杂的载荷,为确保叶片在风机实际使用中安全可靠,每种风机叶片在正式应用之前都要经过型式评估,包含:静载荷㊁模态㊁疲劳㊁雷击㊁无损以及叶片的一些基本属性检测(如质量分布,刚度分布等)㊂本文主要对近期国内外风机叶片的静载荷性能测试和模态测试方面的研究成果㊁测试标准和机构进行评述㊂1　风机叶片静载荷和模态测试基本原理风机叶片的结构刚度和强度对风机整体的结构承载能力和可靠性至关重要㊂静载荷性能测试的目的是验证叶片承受极限设计载荷(如50年一遇的狂风)的能力㊂风机叶片静载荷性能测试中的测试载荷是参照设计极限载荷确定的,通常要在预定的加载方向施加包含了足够安全余量的最大载荷,以测试其屈曲稳定性,并验证叶片的刚度和叶尖最大位移㊂静载荷性能测试可以使用多点或单点负载方法,并且负载可以在水平或垂直方向进行,加载可以使用液压激励,起重机,绞盘或其他加载装置㊂风机叶片是弹性结构,作用其上的荷载具有交变性和随机性,使得叶片动态特性较为复杂㊂风机叶片的自由动态响应可以分解为一系列离散的模态形式㊂这些模态参数包括:频率㊁阻尼㊁振型㊂在有意义的频率范围内,所有的模态构成了对叶片完全的动态描述㊂为了构建叶片的动力学模型,必须确定相应的模态参数㊂模态试验则是用来获得机械系统动态性质特征最常用的方法㊂目前叶片模态测试一般采用一阶手动激励,二阶脉冲锤驻点敲击的方式进行㊂2　国外风机叶片静载荷和模态测试技术现状国外风电产业起步较早,国外的各大检测机构对于叶片检测已经进行了很多实践和探索,积累了很多经验㊂早在20世纪90年代欧洲在该领域就开始制定标准测量方法和性能试验(SMT)[1]㊂1996年,美国国家可再生能源实验室(NREL)的大型结构测试部门研制了测量叶片响应和跟踪叶片测试状态的数据采集系统(BSTRAIN),该系统可以自动搜集叶片静载荷和疲劳测试数据,自动检测叶片刚度,远程获得叶片测试状态,并分析处理数据,提高了试验精准性[2]㊂1997年,W.D.Musial 等人[3]比较了两种叶片试验载荷,并且描述了加载方式:基于强度的方法和基于载荷的方法检验风机叶片的静载荷性能测试和疲劳测试㊂同年,欧洲主要叶片检测机构和NREL共同发起了一项名为 European Wind Turbine Testing Procedure Develpment”的项目[4],各个叶片测试机构分别对同一批次的Nedwind25叶片进行静力㊁模态和疲劳测试,以对各个机构所采用的不同测试方法进行比较㊂rwood[1]在报告中详细介绍了NREL 对Nedwind25叶片的几种测试方法及其结果㊂丹麦Risø实验室对模态测试中不同的锤击激励方式做了比较,并对一些可能的影响因素如试验台刚度㊁叶片自重等进行了相关研究[5]㊂2002年,rsen等人[6]对风机叶片的振动模态进行了分析,提出随着风机叶片趋于大型化,叶片面临的柔度增加的问题,如摆振方向振动失稳,则会导致整个风轮的破坏㊂2006年,E.R.Joergensen[7]对某34m叶片在挥舞方向加载直至破坏,并记录了整个加载过程中位移的变化情况㊂随后F.M.Jensen等[8]人将试验结果和有限元分析进行了比较,还对该叶片的失效机理做了详细分析㊂M.Desmond[9]利用一种新的有限元模型,对静载荷和疲劳载荷试验中叶片所受到的载荷和变形进行了分析㊂P.Malhotra[10]则具体分析了大型风机叶片静载荷和疲劳载荷试验,并得到了大型的叶片更适合用双轴疲劳载荷测试的结论㊂2010年,L.C.T.Overgaard[11]等阐述了静载荷试验中当风机叶片承受挥舞方向的极限载荷的时候,叶片的破坏机理为叶片分层和屈曲㊂A.G.Dutton[12]等采用声发射探测在静载荷和疲劳载荷试验中叶片的损伤情况㊂G.Wacker[13]整理了风机叶片在认证时所必需的分析和文件资料,同时比较了不同标准(GL\NVN\IEC\ DS)的区别㊂由于国外在风电领域的研究起步较早,叶片测试的相关标准也已经形成,随着风电产业的不断发展,这些标准也得到了不断优化㊂近年来,国外对大型风机叶片静载荷测试和模态测试方面的研究主要集中在结构优化的试验验证㊁试验失效模式分析和测试手段的研究㊂3摇国内风机叶片静载荷和模态测试技术现状近年来,随着国家对风电领域的大力支持,国内的风电事业取得长足进展㊂国内对风机叶片的静载荷和模态测试方面的研究也逐步深入㊂风机叶片生产厂家在每个新型号的叶片装机之前必须完成叶片的型式评估,这为我们在叶片测试方面积累了宝贵的经验㊂同时,国内的一些研究机构也对风机叶片检测做了一些有益的尝试㊂如静力测试方面,汕头大学曹人靖等[14],提出了一种研究水平轴风机风轮静载荷结构特性的测试方法,用单点加集中载荷所得数据来综合评定受分布荷载作用的风轮叶片的强度及变形特性,用于检验风轮叶片结构设计的合理性,获得了在定常荷载作用下,叶片受力的危险截面㊂试验证明:通过以抗弯截面系数和定常荷载作用下的截面弯矩曲线的分布为判据进行叶片结构形状合理性分析是一种快速㊁实用的测试方法,可为研究风力机气动弹性稳定性和改进风轮叶片设计提供判据㊂一项名为一种风电用大型叶片的静强度测试方法及测试系统的专利技术[15],将单点加载后通过载荷分配梁转换成对叶片的多点加载,载荷分配梁与叶片加载夹具之间均通过吊索连接,吊索上安装有载荷传感器,叶片上安装有应变片和位移传感器,根据加载过程中分别采集到的受力㊁形变及位移数据信息,判断出叶片的静强度是否满足设计要求㊂在测试方法的研究方面,朱永凯[16]结合声发射技术特点,研究了基于声发射传感器阵列的风机叶片结构健康监测方法㊂其中,PZT压电陶瓷传感器阵列布设于受损率较高的叶片部位,对叶片按20%最大设计载荷的增量施加载荷,结合Kaiser效应和Felicity效应,分析采集到的声发射信号,统计声发射波击数,从而判断损伤发生的区域㊂该方法具有灵敏度高㊁定位准确和实时性好的特点,在风机叶片结构健康监测研究领域具有较大的意义㊂风机叶片模态测试一般采用自由振动法或强迫振动法,通过对结构施加瞬态激励或连续的正弦激励,使结构产生自由或受迫振动,通过安装在某些确定位置的传感器记录相应振动信号,再对信号进行频率分析,如快速傅里叶变换等,进行模态参数识别,从而得到结构的动力特性参数如固有频率㊁阻尼及振型等[17-18]㊂风机叶片的模态分析可用于检验模态参数,验证和改进解析模型,预测在假定激励作用下的响应;对于叶片的改变,如增加载荷㊁刚度等,预测动力学特性;或者是为得到所需的动态特性,预测出必要的结构设计上的改变[19]㊂从另一个角度讲,风机叶片的失效在很多情况下都归因于共振应力所引起的疲劳㊂如果要延长叶片寿命,则必须降低叶片共振动应力[20]㊂而模态数据无疑为降低叶片共振动应力提供了依据㊂基于模态测试的重要性,和前面提及的基本试验方法,内蒙古工业大学的吴春梅等采用锤击法和正弦激励法对长度为0.6m㊁额定功率为300W的叶片进行了模态实验[21-22],测量出了5阶模态,比较了两种实验方式,并对两种不同质量的加速度传感器及其安装位置对测试结果的影响进行了比较㊂叶枝全等[23-24]采用汕头大学研制的DAS动态信号分析与故障诊断系统对0.85m桨叶进行了实验研究,并与有限元分析结果进行了对比㊂沈阳工业大学的王琪等[25]和天津工业大学的李声艳等[26]分别对整机和风机叶片的模态进行了简单的测试㊂以上这些科研单位所测试的叶片均为不超过1m的实心叶片,目前中国的主流叶片长度已达到30-60m,结构为由复合材料铺层辅以夹心材料构成的蒙皮和大梁组成的空心体㊂2005年,毛火军[27]针对1.5MW级38m长的风机叶片,进行了模态试验与数值模拟的研究㊂考虑到该型号叶片大展弦比㊁大质量㊁固有频率较低的结构特点,选择不测力法进行测量,选用合适的传感器,确定合理的测点布置方案进行试验研究,并对试验结果进行了分析㊂可见,前期国内对风机叶片模态测试和静载荷性能测试的研究工作主要集中在小型叶片上㊂随着风机叶片逐渐趋于大型化,叶片无论是在尺寸还是在成本上都不可小觑,与之相应的叶片静载荷测试和模态测试工作也有了很大的变化,目前,国内每年测试的叶片不少,对叶片测试过程中的一些关键点的研究工作有待进一步深入㊂4　风机叶片测试标准国内外都有相关的检测标准对风机叶片的检测提供要求和参考,以满足质量认证的需要㊂目前国际上风机叶片检测标准主要有IEC61400-23Full-ScaleStructural Testing of Wind Turbine Blades[28]以及德国GL船级社的Guideline for the Certification of Wind Turbine[29]㊂我国相关的风机叶片检测标准主要是JBT10194 2000风电机组风能叶片[30],1999年由中国航空工业总公司保定螺旋桨厂和上海玻璃钢研究所参考IEC61400标准共同制定[27]㊂5　风机叶片检测机构目前,国外风电产业发展较快的国家或大的叶片制造厂商都建立了自己的叶片检测中心㊂其中仅丹麦就建有三处叶片检测中心,特别是2005年由挪威船级社㊁丹麦Risø国家实验室㊁FORCE技术公司合作成立的BLAEST,将最大检测叶片长度增加至100 m,以满足未来几年内可能的需要㊂荷兰能源研究中心(ECN)通过与Delft大学以共建的形式成立了WMC,承担着风电机组材料㊁部件和结构的研究开发工作,也承担基础研究课题(如:新材料的研究)及产业合作工作(如:部件认证测试)㊂此外还有:美国的NREL,英国新可再生能源中心(NaREC)㊂目前,美国正在筹建两个具有70-100m叶片检测能力的试验中心[31],其中,全球最大的风机叶片测试设备中心也将于2011年在马萨诸塞州首府波士顿正式启动㊂一方面,我国风电产业迅速扩张,装机总量达到世界领先水平,装机叶片长度也从原来的20m,增加到了60m㊂另一方面,与国外相比,我国风电产业起步较晚,截止2005年,国内还没有完备的叶片检测机构[32]㊂现在国内各大叶片生产厂家也相继建立了自己的叶片测试机构,其中,中复连众全尺寸结构试验室能满足1-5MW叶片的全尺寸静载荷㊁模态㊁疲劳测试的需要㊂采用计算机控制谐调加载技术,可实现载荷加载控制精度不低于1%,应变测量误差不大于1×10-4,挠度测量误差不大于1mm㊂2010年底,亚洲首个第三方叶片全尺寸测试中心SGS亚太区风能技术中心,将正式投入运行,意味着中国风能服务的全面强化㊂6　结语目前,我国风电产业取得了跨越式发展,发展过程中凸显了一些弊端,其中叶片测试方面的研究薄弱㊂虽做了大量的叶片全尺寸静载荷和模态测试,但多是按照国外标准进行,国内目前对风机叶片测试方面深入的研究工作还不够深入,以下几个方向值得进一步深入研究㊂(1)国内已有的研究工作,研究对象大多是比较小的叶片,大型叶片测试过程中遇到的一些新问题,有待进一步研究解决㊂(2)如何通过风机叶片全尺寸静载荷和模态测试深入了解叶片的结构特性㊁优化试验设计及测试方法,是值得研究的一个方向㊂(3)在测试的具体细节上,如传感器数量和施力点布置方案的影响,夹具的优化,扭矩测量和其对试验结果的影响等也需深入研究㊂参考文献[1]Larwood S,Musial W,Freebury G,et al.Nedwind25 blade testing at NREL for the European standards measurement and testing program[R].DE2001-784655NREL/TP-500-29103,2001[2]Stensland T,Clark M,Musial W D.Application of BSTRAIN software for wind turbine blade testing[C].NREL/TP-440-21507CONF-960630-7DE96-007950.Denver,CO(U⁃nited States):Windpower96:American Wind Energy Association (AWEA)Conference,1996strength and load⁃based methods for testing wind turbine blades [R].NREL/CP-440-21979,CONF-970135-9.United States, 1996[4]Bernard B,Jeroen V D,Don V D,et al.European wind turbine testing procedure development.SMT4-CT96-2116,Sub⁃task2:Final Report Blade testing methods[R].ECN-C-00-055. European,2000[5]Henrik B P,Ole J D K.Applied modal analysis of wind turbine blades[R].Risø-R-1388(EN).ISBN87-50-3169-2. Denmark:RisøNational Laboratory,2003.[6]Larsen G C,Hansen M H,Baumgart A,et al.Modal a⁃nalysis of wind turbine blades[R].Risø-R-ll81(EN).ISBN87 -55-2696-6.Denmark,2002[7]Joergensen E R,Borum K K,McGugan M,et al.Full scale testing of wind turbine blade to failure⁃flapwise loading[R]. Rio-R-1392(EN),ISBN87-550-3184-6;ISBN87-550-3185 -4(Internet)ISSN0105-2840RisøNational Laboratory, Roskilde,2004[8]Jensen F M,Falzon B G,Ankersen J,et al.Structural testing and numerical simulation of a34m composite wind turbine blade[J].Composite Structures,2006,76(1/2):52-61 [9]Desmond M.The Development of a wind turbine blade finite element model to presict loads and deflections during static and fatigue structural testing[D].Embry-Riddle Aeronautical U⁃niversity,Daytona Beach,FL,2009[10]Malhotra P.Advanced blade testing methods for wind turbines[D].University of Massachusetts Amherst,2010 [11]Overgaard L C T,Lund E,Thomsen O T.Structural collapse of a wind turbine blade.Part A:Static test and equiva⁃lent single layered models[J].Composites Part A:Applied Sci⁃ence and Manufacturing(Incorporating Composites and Compos⁃ites Manufacturing),2010,41(2):257-270[12]Dutton A G,Blanch M,Vionis P,et al.Acoustic emis⁃sion monitoring from wind turbine blades undergoing static and fa⁃tigue testing[J].British Journal of NDT Insight,2000,42(12),:805-808[13]Wacker G.Requirments for the certification of rotor blade[M].Germanischer Lloyd WindEnergie GmbH,Hamburg, Germany[14]曹人靖,刘道新.水平轴风力机风轮静态结构特性实验研究[J].太阳能学报,2001,22(4)436-439 [15]中国人民解放军国防科学技术大学,株洲时代新材料科技股份有限公司.风电用大型叶片的静强度测试方法及其测试系统[P],中国,N0.200910306642,2009-10-30 [16]朱永凯,潘仁前,陈盛票.基于声发射传感器阵列的风机叶片结构健康监测方法[J].无损检测,2010(10):753 -756[17]Ewins D J.Modal testing⁃theory/practice and applica⁃tion[M].Denmark,Research Studies Press Ltd.,2000 [18]黄小华,李德源.风力机叶片动力特性测试分析方法研究[J].2007,4(2):92-94[19]Ginsberg,Jerry H著,白化同,李俊宝译.机械与结构振动:理论与应用[M].北京:中国宇航出版社,2005 [20]李录平,晋风华,李杰,等.透平叶片几种减振结构的阻尼特性试验研究[J].动力工程,2004(6):793-797 [21]吴春梅,田瑞,刘博,等.小型水平轴风力机叶片的振动性能的研究[J].能源技术,2006(5):205-207 [22]吴春梅,田瑞,陈永艳.风力机叶片模态实验影响因素的分析[C]//中国工程热物理学会流体机械学术会议,绍兴,2007[23]叶枝全,马昊曼,等.水平轴风力机桨叶的实验模态分析[J].太阳能学报,2001,22(4):473-476 [24]李德源,叶枝全,包能胜,等.风力机旋转风轮振动模态分析[J].太阳能学报,2004,25(l):72-77 [25]王琪,杜伟宏,孙淑霞.水平轴风力发电机结构动态特性的测试与分析[J].沈阳工业大学学报,2001,23(2):107 -109[26]李声艳,徐玉秀,孙晓梅.风力发电机组风轮的动态特性分析[J].天津工业大学学报,2008,25(6):65-67 [27]毛火军.风电叶片全尺寸检测和结构分析[D].北京:中国科学院工程热物理研究所,2008[28]IEC TS61400-23.Wind turbine generator systems⁃part23:Full-Scale Structural Testing of Rotor Blades,Edition 2001[29]Guideline for the certification of wind turbine[S].Ger⁃manischer Lloyd Wind Engerqie CmbH.German,2003 [30]JBT10194 2000风电机组风能叶片[S].中华人民共和国机械行业标准,2000[31]Cotrell J,Musial W,Hughes S.Necessity and require⁃ments of a collaborative effect to develop a large wind turbine blade test facility in north america[R].NREL/TP-500-38044. National Renewable Energy Laboratory,2006[32]王仲颖,胡润青,秦海岩,等.中国风电产业化发展国家行动方案[R].中国可再生能源规模化发展项目,2005(编辑　李洪泉)。

大型风电叶片模态试验与分析何维令

大型风电叶片模态试验与分析何维令发布时间：2021-08-30T03:57:45.609Z 来源：《河南电力》2021年4期作者：何维令石宇峰卓锡鑫魏煜锋[导读] 为得到大型风电机组叶片的动力学参数，以76.6m海上风电叶片为试验对象，首先用高强度螺栓将其固定在实验台上，采用锤击法进行模态试验，然后分别以时域EAR和频域PolyLSCF模态参数识别算法提取叶片的固有频率、阻尼比、振型等模态参数，最后对比两种识别算法结果以及数值模拟结果，发现各阶模态误差均在7%以内，误差在能接受范围内，满足工程要求，从而验证了试验方法的准确性和可靠性。

（明阳智慧能源集团股份公司风能研究院广东中山 528437）摘要：为得到大型风电机组叶片的动力学参数，以76.6m海上风电叶片为试验对象，首先用高强度螺栓将其固定在实验台上，采用锤击法进行模态试验，然后分别以时域EAR和频域PolyLSCF模态参数识别算法提取叶片的固有频率、阻尼比、振型等模态参数，最后对比两种识别算法结果以及数值模拟结果，发现各阶模态误差均在7%以内，误差在能接受范围内，满足工程要求，从而验证了试验方法的准确性和可靠性。

关键词：风电叶片；模态试验；ERA；PolyLSCF；参数识别Modal Test and Analysis of Large Wind Turbine BladeHE Wei-ling，SHI Yu-feng，ZHUO Xi-xin，WEI Yu-feng（Wind Energy Institute，Mingyang Smart Energy Group Co. Ltd，Zhongshan 528437，Guangdong China）Abstract：In order to obtain the dynamic parameters of large-scale wind turbine blades，the 76.6m offshore wind turbine blade was used as the test object. Firstly，the high-strength bolts were used to fix it on the test bench，and the modal test was carried out by the hammering method，and then used the time domain EAR and the frequency domain PolyLSCF modal parameter recognition algorithm extracts the natural frequency，damping ratio，mode shape parameters of the blade. Finally，comparing the results of the two recognition algorithms and the numerical simulation results，it was found that the modal errors of each order are all within 7%，within the acceptable range，fulfil the engineering requirements，thus verifying the accuracy and reliability of the test method.Key words：Wind turbine blade；Modal test；EAR；PolyLSCF；Parameter identification随着风电装机容量的迅猛增长和单机容量的不断增大，对风电设备的安全可靠性、运行稳定性的要求逐渐提高[1]。

叶片测试方案讲解

性能试验
风速稳定时调节负载得到不同的风轮转速，待风轮运行稳定后，同步测量风轮扭矩M、轴向推力T、转速n和风洞试验段自由来流风速V。风轮扭矩和转速相乘得到风轮功率。风轮气动性能参数计算公式如下：
扭矩系数：
2M Cm V 2 SR
风能利用系数： CP Cm 推力系数：
2T Ct V 2 S
其中ρ 是空气密度，S为风轮扫掠面积，R为扫掠半径
叶片的固有特性和静力测试方案
测试方案
风力机固有特性和静力测试是一套以东华动态信号测试分析系统、东华模态分析软件和东华静态液压加载装置、控制台等为机械部分的风力机叶片结构动力特性分析装置。
1. 机械部分：实验台底座、支架、夹具、叶片、激励系统(力锤、偏心电机)、液压静拉力加载装置和控制台。 2. 测试系统包括加速度传感器、应变片、信号线、电荷放大器、DH一5922动态信号分析仪、DH一3816 静态信号采集箱和工控机。以东华动态信号测试分析系统、东华模态分析软件和东华静态应变测试系统为软件平台。
液压加载装置通过液压驱动组件对待测叶片施加不同的牵引力完成对待测叶片的静力分析，液压驱动组件通过牵引绳、夹具对待测叶片实施牵引，调整牵引支架的位置可改变对风力机叶片力施加牵引力的位置。牵引绳靠待测叶片的一侧设有悬梁，夹具等距固定于待测叶片上、并通过挂绳悬挂于悬梁上，使风力机叶片上施加的牵引力更加均匀油泵电磁阀控制液压系统作用于叶片上的静拉力大小，可通过行程开关调节静拉力加载时间。
测试方案
1. 测试单元3是测量叶片扭矩的扭矩天平，量程260N·m，校准精度优于0．02％。
2. 测试单元4是用于测量风轮推力的盒式应变天平，校准精度为0.07%。 3. 弹性联轴器作用是传递扭矩的同时不传递推力。 4. 滑环引电器是将动态讯号转化为静态讯号的装置。 5. 采用CSAT3超声波风速仪测量风速，分辨率0.001m/s，最大输出频率60Hz。该设备对于风速变化的响应优于常用的风杯和风标式风速仪。 6. 风轮转速通过传动轴上安装的编码器测量，转速测量精度低于0．1％。

风力发电机风轮叶片测试分析

风力发电机风轮叶片测试分析班级：风动0902班学号：200949060213 姓名：张凯一、引言风轮叶片是风力发电机组最关键的构件之一，对风力发电机组的发电效率、运行安全等都起着至关重要的作用。

对于风轮叶片夫人测试与评估是非常必要的。

叶片测试的目的是为了验证叶片设计的正确性、可靠性和制造工艺的合理性，并为设计和制造工艺的完善和改进提供可靠的依据。

叶片认证测试主要指的是全尺寸的叶片结构测试，测试时需要考虑测试现场的温度、湿度等因素。

国际上叶片的认证机构主要有德国劳氏船级社（GL）和挪威船级社（DNV）等，国内认可的叶片认证机构主要有中国船级社（CCS）和鉴衡认证（CGC）。

叶片测试前，需要制定一个详细的测试大纲，包括测试内容，测试方法和测试步骤等，确定好叶片测试点的位置、测试仪器和测试传感器等设备的配置。

需要指出的是，被测在合模之前，需要预先布置好安装在叶片内表面的应变片、传感器等设备，并将导线引出。

叶片测试主要包括气动性能测试、自然频率测试、静态载荷测试及疲劳测试等。

二、风轮叶片测试与认证主要内容1、气动性能试验所谓风轮叶片的气动性能是指其风能利用系数、扭矩系数和推力系数等分别随叶尖速比变化的特性。

我国机械行业标准JB\T10194—2000规定，对于新研制的叶片，需要进行风动性能的风洞模型试验和风场实测，并测取风轮叶片的风能利用系数特性Cp及扭矩系数特性Cr等，一百年验证叶片的气动性能是否满足设计要求。

风洞试验和风场实测是其主要过程。

2、固有特性试验测试内容：挥舞方向的一阶和二阶固有频率，摆动方向的一阶和二阶固有频率，必要时还应包括扭转一阶频率。

测试方法：激振法等。

测试步骤：测试点的布点，测试仪器和测试传感器的配置，叶片安装，进行测试。

3、静力试验静力测试试验一般市价集中载荷，主要测试的是叶片整体的弯曲程度。

试验设备：重物、起重设备、液压或气动传动装置，以及其他辅助设备。

测试要求：要求对叶片的位移、应变、扭转角等进行测量；叶片静态载荷测试需要对叶片的挥舞和摆振两个方向进行测试。

风力机叶片模态分析及稳定性分析

风力机叶片模态分析及稳定性分析来源：中国玻璃钢综合信息网近年来,“能源危机”越来越引起人们的重视,能源短缺使得可再生能源得到空前发展。

风能作为取之不尽用之不竭的可再生能源在近几年得到了迅速发展,世界上不少国家都把开发利用风能作为一项能源政策。

风机叶片是风力机的关键部件之一,目前大型风机叶片的材料主要是轻质高强、耐腐蚀性好、具有可设计性的复合材料,由于叶片采用复合材料铺层设计，结构异常复杂,单纯的经典理论解析计算已难以精确计算出叶片的强度和刚度,为此需要进行有限元的仿真模拟。

本文采用ANSYS的参数化语言APDL直接建模,然后赋材料属性、划分网格,进行叶片模态分析,较好地模拟了叶片的真实结构,计算了叶片在自由状态下的固有频率和在20RPM下的预应力频率。

最后加载极限载荷校核了叶片各截面稳定性。

1叶片模型的建立1.1建立几何模型叶片截面的翼型数据通过CA TIA导出,结合弦长和扭转角计算出实际叶片截面的坐标。

在AN-SYS的程序中形成如下格式:k,,838.309405,-83.92648,0k,,771.63901,-338.19972,0根据1MW叶片翼型的特点,将叶片分为45个截面,每个截面上有86个关键点。

通过Bspline命令将每个翼型上的关键点连成18条曲线,然后将叶片翼型上的曲线通过纵向直线连接。

最后通过Askin命令建立曲面,每两个翼型截面之间就有18个曲面,建完所有曲面就生成了叶片蒙皮的几何模型。

如图1(a)所示,再布置上主梁、腹板,形成整体叶片的几何模型。

1.2建立有限元模型在单元类型的选择上,根据叶片特点,主要采用shell91和shell99单元,其中shell91单元用于模拟夹芯结构。

在定义材料性能参数时,主要采用定义实常数的方式来模拟材料的性能、铺层角和铺层厚度。

之后选择合适的单元尺寸进行网格划分,最终形成叶片的有限元模型。

该模型共有21295个节点,共划分了7414个高精度的壳单元。

叶片测试方案

叶片挥舞方向模态试验方案：叶片的放置方向为挥舞方向（挥舞面与地面平行），试验仪器采用东华公司的DH5908无线应变|振动测试分析系统一台（四测点），传感器采用DH610-V（竖向）拾振器共四个，鉴于叶片在挥舞方向的前面几阶不会出现扭转，也就没有在叶片表面两边都布置传感器，只测了一边（在后面的摆振模态测试时，由于必须要测试两边才能得到扭转频率，所以测了两边，请参见后面的内容）。

测点布置图如下：测点布置图叶片总长约40米，上图中，3点离端点距离为9米，4点离端点距离为12米，5点离端点距离为15米，6点离端点距离为18米，7点离端点距离为20米，8点离端点距离为22米，9点离端点距离为24米，10点离端点距离为26米，11点离端点距离为28米，12点离端点距离为30米，13点离端点距离为32米，14点离端点距离为34米，15点离端点距离为35.2米，16点离端点距离为36.4米，17点离端点距离为37.6米，18点离端点距离为38.8米，19点离端点距离为40米。

3点-19点均为现场测点，参考传感器放置在7号测点。

先测试第一批数据，除了7号点外，在3、4、5点上先放置传感器。

打开仪器，再打开软件，在软件中建一个总的文件夹：“叶片竖向模态原始数据”，然后在软件中建立新数据文件：“第一批数据”（存储路径建立在总文件夹中），软件中调整相关参数，如采样频率、时域点数、采样批次、传感器灵敏度、测点号等等。

平衡清零后采集原始数据，同时显示时域数据和频域数据。

采集3-5分钟即可（一般靠大自然的风就能把叶片激励起来，必要时也可人工敲击）。

采完第一批数据后，将3、4、5点上的传感器移到6、8、9测点，在软件中建立“第二批数据”的文件，在软件中调整采样批次以及仪器的每个通道对应的测点号，测试数据；测试完了后移动到10、11、12测点，建立“第三批数据”的文件，调整相关参数，然后采集数据，依此类推，直到最后测试完所有的测点（共测试了六批数据），然后把所有的原始数据导入进模态处理软件处理得到挥舞方向前面六阶的频率、阻尼、振型。

涡轮机叶片振动测量的内容及方法

涡轮机叶片振动测量的内容及方法说实话涡轮机叶片振动测量这事，我一开始也是瞎摸索。

就先说测量内容吧，这涡轮机叶片振动吧，你得测量它振动的频率，就好像数心跳一样，它振动得多快呢，这个很重要。

还有振动的幅度，想象一下，要是叶片振动就像小人在跳舞，这个幅度就是小人跳起来有多高。

另外，振动的模态也得弄清楚，这就有点抽象了，我刚开始都搞不明白，就比如说不同的振动方式，像它是左右摆呢，还是上下晃，或者是扭着动，这就是不同的模态。

再讲讲测量方法。

我试过用应变片来测量，这应变片就像是小侦探，你把它贴在叶片上，叶片一振动，它就能感觉到压力之类的变化，然后把这些变化转化成电信号，你就能知道叶片的振动情况啦。

不过这里面可有不少麻烦事，贴应变片可不容易，得贴得特别牢，还得保证位置准确，我刚开始就没贴好，测量出来的数据乱七八糟的，就好比把温度计没放对地方量体温，肯定不准嘛。

我还试过用激光测量，这个激光测量啊，就像一道神奇的光线照着叶片。

叶片振动的时候，激光打过来再反射回去，根据这个来回的时间差或者反射回来信号的变化，就能知道叶片的振动情况。

但是这个对环境要求比较高，要是周围光线太杂或者有灰尘之类的干扰，就容易出问题。

比如说我有一次在一个比较脏的环境里测试，数据就总是不对，后来把环境清理好了，数据才靠谱了些。

另外呢，加速度传感器也能用。

这个就像是给叶片装了个小耳朵一样，它能够感知叶片振动时候的加速度的变化。

安装加速度传感器的时候也要小心，角度啊安装的牢固程度啊都有影响，我在这方面也吃过亏，安装得松松垮垮的，那测量结果肯定不行啊。

还有，在测量的时候，对于测量仪器的校准也很重要。

就好像你称东西之前得先保证秤是准的一样。

有次我没校准好仪器就开始测量，结果得出的数据怎么看都不对，后来校准好了再测，才得到了正确的数据。

总之呢，涡轮机叶片振动测量这事儿啊，就是要不断尝试各种方法，还要注意到各种小细节，这样才能得到比较准确的结果。

叶片挥舞方向模态试验的方案

3点-19点均为现场测点，参考传感器放置在7号测点。

先测试第一批数据，除了7号点外，在3、4、5点上先放置传感器。

平衡清零后采集原始数据，同时显示时域数据和频域数据。

采集3-5分钟即可（一般靠大自然的风就能把叶片激励起来，必要时也可人工敲击）。

大型风力发电机组叶片模态测试与数值计算

2020年第12期1270 引言随着技术的进步，新能源风力发电呈现出“单机容量持续增大、叶片长度持续增加”的趋势。

随着叶片长度增加，其柔性更大，叶片失稳、颤振等问题的研究变得更加重要，相应地需要对叶片的动态特性做更深入的分析和试验。

在叶片动态特性分析中，叶片的模态测试是很重要的一个试验项目，它可以为叶片的动力学计算模型提供修正依据。

目前，基于全尺寸叶片的模态测试还很少见，相关研究文献也不多。

虽然中国科学研究院工程热物理研究所的毛火军等曾进行过相关试验，但由于试验采用不测力法进行，导致试验结果仍有缺陷和遗憾[1]。

本次试验项目试验人员利用某大型风电机组样机研发的机会，在叶片厂专用试验台上进行了全尺寸的叶片模态测试，得出了较为满意的测试结果。

试验人员将数值计算分析与试验结果进行对比，对比结论显示计算的误差较小，说明试验人员使用此计算模型可确保后续进行的其他动力特性数值计算的精准度。

1 测试的基本情况1.1 测试目的根据国内外相关的行业标准[2]，叶片的振动模态测试一般需要测试挥舞一、二阶模态，摆振一阶模态，如有可能，测试扭转一阶模态。

1.2 测试原理试验人员要先了解模态测试的基本原理，就需要先了解振动系统的基本构成要素。

一个振动系统包括以下3个要素：输入（力、力矩等，称为载荷；或大型风力发电机组叶片模态测试与数值计算石久波南京高华科技股份有限公司，江苏南京 210000 摘要：试验人员采用力锤激励的方式，在叶片专用试验台上对某大型风力发电机组的叶片进行了模态激励测试。

测试结果表明，力锤激励可较好地激发出包括扭转模态在内的叶片各阶模态。

同时，试验人员将叶片各阶模态与计算模态进行了对比，得到的结果是，计算模态与实测模态误差较小。

这为以后叶片的数值计算模拟提供了经验和参考。

关键词：风力发电机叶片；模态测试；力锤；频响函数；计算模态中图分类号：TM315;TK83运动量，称为振动环境）；输出（位移、速度、加速度、应力、应变等，称为系统或结构响应）；系统模型（系统本身固有动态特性，只与质量分布特性m 、刚度分布特性K 、系统阻尼特性C 等相关，不随外界环境变化而改变）。

风力机叶片颤振模态测试

风力机叶片颤振模态测试
风力机叶片颤振模态测试
风力机叶片颤振模态测试是评估叶片结构动力特性和振动模态的重要方法。

下面是一步一步的思路，来撰写一篇关于风力机叶片颤振模态测试的文章。

1. 引言：介绍风力发电作为清洁能源的重要性以及风力机叶片颤振问题的存在。

提出进行颤振模态测试的目的。

2. 模态测试原理：解释颤振模态测试的基本原理，包括使用加速度传感器和激励器进行振动测试，通过频率响应函数和模态分析确定叶片的振动特性。

3. 测试前的准备工作：描述进行颤振模态测试前的准备工作，包括选择测试工具、确定测试点和布置传感器等。

4. 颤振模态测试步骤：
a. 安装传感器：详细介绍如何安装加速度传感器和激励器，确保正确的信号采集。

b. 激励信号设计：介绍如何设计激励信号，以产生高质量的振动响应。

c. 数据采集：说明如何采集叶片在不同频率下的振动数据，并记录下来。

d. 数据处理：讲解如何通过频率响应函数和模态分析对采集到的数据进行处理，得到叶片的振动模态。

5. 结果分析与讨论：根据测试得到的结果，分
析叶片的颤振频率、振型和模态阻尼等特性，探讨可能导致颤振的原因。

6. 结论：总结颤振模态测试的过程和结果，强
调其重要性和应用前景，提出进一步研究的方向。

7. 参考文献：列出相关的研究论文、标准和专
利等，加强文章的可信度。

通过以上步骤和思路，可以编写一篇关于风力机叶片颤振模态测试的文章，全面介绍该测试的原理、步骤以及结果分析。

同时，可以从实际应用角度出发，探讨如何通过测试结果来改善叶片设计和制造，提高风力机的可靠性和性能。

大型风电叶片的模态测试与数值模拟

４期毛火军等：大型风电叶片的模态测试与数值模拟相比之下，应用得更多是壳模型方法。

该方法根据叶片厚度尺寸相对于展向、弦向尺寸很小的特点，将叶片简化为一个壳体。

这种方法被广泛采用【６￣引，但分析仍然显得过于粗略。

本文采用介于全三维实体模型和壳模型之间的建模方法，考虑到不同结构所起的不同作用，并结合建模及分析过程，做出了如下简化：（１）尾缘厚度的简化由于工艺和设计的原因，实际叶片尾缘都是有一定厚度的。

除了钝尾缘叶片外，尾缘厚度对叶片的结构特性的影响很小，但是由于该处截面曲线的不连续会对建模造成一定的困难。

因而在分析的过程中予以忽略处理。

（２）次要的铺层结构的简化叶片的某些铺层不是为了结构强度设计的，例如叶片表面的胶衣和喷漆。

这些部分对叶片结构性能基本没有影响。

另外，大型叶片在叶片壳体上大量采用ＰＶＣ，Ｂａｌｓａ木等填充材料。

这些材料的强度远小于玻璃钢，其目的主要是为了保持壳体的几何外形，防止发生屈曲。

由于本次分析不涉及屈曲分析，因而也可忽略其影响。

（３）对铺层厚度进行简化除了铺层材料外，同种材料在不同的位置铺层数量也有很大的不同。

如主梁就采用等强度梁的设计，一定展向分布内铺层厚度逐渐变化。

但是这个区域较小，对其采用等厚度处理。

经过上述简化之后，剩下的主要结构为叶片壳体（忽略填充材料）、叶根、腹板和主梁，这使得叶片的建模大为简化。

计算中所用的材料数据均为实际使用的材料通过测试得到，具有很高的可信度。

计算中采用四边形对模型进行网格划分。

划分完成后如图３所示。

一共划分单元８７６６４个，节点２４７５４０个。

图３叶片模型及网格划分Ｆｉｇ．３ＦＥＡｍｏｄｅｌａｎｄｍｅｓｈｏｆｔｈｅｂｌａｄｅ本次计算与试验相一致，采用叶根固定约束，并计入了重力的影响，采用ＢＬＯＣＫＬＡＮＣＺＯＳ方法求解，共计算了该叶片的前１０阶模态，计算结果见表３。

表３叶片的各阶模态特性参数Ｔａｂｌｅ３ＭｏｄａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔＩＴＩＯｄｅｓｏｆｔｈｅｂｌａｄｅ３计算与试验结果比较计算得到的挥舞模态频率与试验对比见图４。

关于大型风电叶片的模态测试与数值模拟研究

关于大型风电叶片的模态测试与数值模拟研究摘要：随着风电机组的功率和叶片大型化。

本文以某1.5MW级风电叶片为例，就叶片模态分析的测试和仿真方法进行了介绍。

介绍两种大型风力发电机叶片的模态测试方法，并通过不测力法进行了叶片的模态测试和分析；介绍了大型风力发电机叶片数值仿真中，叶片建模的几种方法及结构简化方向。

为风电叶片动态响应情况的研究提供一定的理论依据。

关键词：风力发电机组叶片；模态测试；数值仿真引言：随着风力发电技术的逐步发展，风力发电机组逐步向着功率和叶片的大型化发展。

而随着复合材料等技术不断发展，使风力发电机组的叶片大型化成为可能。

但随着叶片的大型化，整机结构的安全性逐步成为新的问题。

因此为保证风电机组安全性，对其叶片的动态响应研究十分必要。

现阶段，风力发电机组叶片动态响应的常规方法是模态分析。

一、大型风电叶片模态测试方法（一）检测台介绍本文研究的叶片为某1.5MW级风力发电机组叶片，长38m、重6t。

应用了由中科院工程热物理所和保定国家新能源产业基地共同合作研发建成的风电叶片检测台对叶片进行检定。

（二）检测方法与设备1.检测方法实验测试分析主要有测力法与不测力法两种检测方法。

其中测力法通过人工激励的方法，简单直接的测量到结构的受力，进而通过计算和分析得到结构的模态数据，包括频率、阻尼振型等；而不测力法主要用于桥梁及大型的街头、运行状态的机械设备或不易实现人工激励的结构进行的结构特性动态试验，方法主要利用实测的时域响应数据，结合建模和拟合的数据识别结构的模态。

在实际检测过程中，考虑到待检叶片质量相对较大，且固有频率相对较低、模态不易激励，故采用不测力法对叶片进行检测。

2.检测设备在确定叶片具体检测方法后，相关检测人员使用DHDAS—3817动态信号测试系统对信号情况进行记录，以得到叶片的振动信号数据；使用DH610磁电式速度传感器进行测量，以得到叶片的频率响应数据。

现阶段，DH610磁电式速度传感器包括纵向传感器与横向传感器，其测试频率的响应范围为0.1Hz到100Hz之间。