風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)疲勞測試?yán)碚撆c方法：從全尺寸到子部件蘭州理工大學(xué)甘肅省特種設(shè)備檢驗檢測研究院安

宗

文2025年北京國際風(fēng)能大會暨展覽會

葉片技術(shù)發(fā)展論壇

2025.

10.

21

北京匯報提綱2雙軸加載式全尺寸葉片疲勞測試?yán)碚撆c裝備3

彎扭復(fù)合加載式風(fēng)力機葉片部件疲勞試驗機4

問題與討論1

行業(yè)背景5

真誠致謝1.行業(yè)背景

產(chǎn)品驗證

結(jié)構(gòu)疲勞測試是風(fēng)電葉片及其子部件可靠性驗證體系的實證環(huán)節(jié)葉片“積木式”驗證體系/“金字塔”驗證體系驗證設(shè)計參數(shù)識別故障模式獲取材料力學(xué)性能參數(shù)IEC61400-5:2020DNV-

ST-0376

實施風(fēng)電設(shè)備型式認(rèn)證。

接入公共電網(wǎng)的新建風(fēng)力發(fā)電項目所采用的風(fēng)力發(fā)電機組及其風(fēng)輪葉片、

齒輪箱、發(fā)電機、

變流器、控制器和軸承等關(guān)鍵零部件

，須按照《GB/Z25458-2010風(fēng)力發(fā)電機組合格認(rèn)證規(guī)則及程序》進行型式認(rèn)證。

強化型式認(rèn)證結(jié)果的信用。風(fēng)電開發(fā)企業(yè)進行設(shè)備采購招標(biāo)時

，應(yīng)明確要求采用通過型式認(rèn)證的產(chǎn)品。

未獲得型式認(rèn)證的機組

，不允許參加招標(biāo)。全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞測試是風(fēng)電葉片認(rèn)證項目的核心

，其本質(zhì)是對風(fēng)電葉片20年設(shè)計壽命的測試和驗證。我國風(fēng)電設(shè)備的檢測認(rèn)證制度2.雙軸加載式全尺寸葉片疲勞測試?yán)碚撆c裝備單軸加載（單向加載）全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞測試技術(shù)現(xiàn)狀

20141222甘肅酒

泉20220927江蘇連云港雙軸加載（雙向加載）樸素的想法：為何不雙向加載

，提高測試效率？工程熱物理研究所延慶基地（20150609）NREL研發(fā)啟示：對問題的

認(rèn)識僅是表象而非本

質(zhì)

，表現(xiàn)為：l

不知道應(yīng)變源自揮

舞彎矩還是擺振彎

矩

，無法進行損傷

評估l

不知道加載點如何

設(shè)置才能實現(xiàn)目標(biāo)

載荷與試驗載荷的

吻合液壓激振式雙軸加載原理樣機（2016）第一階段：原理樣機（2014—2016）將揮舞、擺振方向運動軌跡合成（兩個頻率與相位不同的正弦波）

，即Lissajous曲線。（1）

探明雙軸加載條件下截面應(yīng)變的耦合規(guī)律第二階段：理論探索（2017—2021）載荷耦合↓變幅應(yīng)力結(jié)論：在雙軸加載時

，通過引入修正系數(shù)

，可以將葉片截面指定點的實際應(yīng)變拆分為由于揮舞彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變分量和由于擺振彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變分量兩部分——應(yīng)變解耦。意義：借用單軸試驗大綱證明了雙軸加載設(shè)備設(shè)計理論的完備性和工程實踐可行性第二階段：理論探索（2017—2021）其它文獻（2）提出測試載荷分布的智能優(yōu)化算法第二階段：理論探索（2017—2021）（3）開發(fā)損傷評價的在線計算軟件第二階段：理論探索（2017—2021）總體結(jié)構(gòu)電機+減速器+偏心擺錘機械加載系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)第三階段：裝備開發(fā)（2021-2022）測試裝備組成及工作原理應(yīng)變解耦器國家風(fēng)電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（酒泉實驗室）20220722第三階段：裝備開發(fā)（2021-2022）國家風(fēng)電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（酒泉實驗室）

20230107第三階段：裝備開發(fā)（2021-2022）單/雙軸靜力標(biāo)定在測試?yán)碚摗?/p>

裝備開發(fā)方面取得階段性成果：

揭示風(fēng)電葉片雙軸加載載荷耦合規(guī)律（應(yīng)變解耦）

提出風(fēng)電葉片雙軸測試載荷分布智能優(yōu)化方法

開發(fā)出葉片損傷在線評估系統(tǒng)3.彎扭復(fù)合加載式風(fēng)力機葉片部件疲勞試驗機l

泛指構(gòu)成風(fēng)電葉片的各個組成部分

，如梁系

統(tǒng)、

葉根連接、

葉片局部段。

這些部分通常

具有特定的功能和結(jié)構(gòu)

，對葉片強度和設(shè)計

安全性起到重要作用。l

簡單而言

，對于區(qū)別于全尺寸和材料級

，涉

及多種材料和復(fù)雜工藝的樣件均為葉片子部

件。葉片部件的定義主梁箱型梁工字梁主梁-腹板連接區(qū)l

通過子部件測試可針對葉片某一區(qū)域、

某一部位的結(jié)構(gòu)

,選取特定的受力類型作為加載工況

，進行針對性材料

或結(jié)構(gòu)性能測試研究。l

IEC-61400-5將葉片材料的局部安全系數(shù)γm進行了拆分

,給出一系列參考值以及選取系數(shù)的依據(jù)

，通過部件測

試為系數(shù)的選擇提供數(shù)據(jù)支持。簡單說就是子部件測試

做的越充分

，局部安全系數(shù)取值就可以越低

，

葉片設(shè)計

重量就可以越輕。風(fēng)力機葉片部件測試的目的常州達姆斯（20250317）葉尖彎曲測試前緣測試葉尖扭轉(zhuǎn)測試子部件測試技術(shù)的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及對策試驗設(shè)備80%預(yù)埋螺栓套彎扭復(fù)合加載子部件試樣預(yù)制/原位截取尺度范圍大加載方式彎剪扭獨立少見彎扭復(fù)合試驗方案小：

專用工裝大：

專用設(shè)備試驗標(biāo)準(zhǔn)起步階段無標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范如何實現(xiàn)彎扭復(fù)合加載如何提升設(shè)備通用性關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)加載單元項目參數(shù)X向彎矩加載單元（揮舞）最大載荷最大位移加載頻率Y向彎矩加載單元（擺振）最大載荷最大位移征加載頻率求

意Z向扭矩加載單元（展向）最大扭矩最大扭轉(zhuǎn)角加載頻率子部件試驗工藝尺寸有效測試長度核心技術(shù)：

彎扭復(fù)合/三軸加載追求目標(biāo)：

適度通用性蘭理工方案：彎扭復(fù)合加載式風(fēng)力機葉片部件疲勞試驗機見4.

問題與討論l

葉片大型化與輕量化（長&柔）

，

自身固有頻率相對更低l

落地式加載方式正在探索性應(yīng)用關(guān)于全尺寸測試蘭州理工大學(xué)R&D子部件疲勞實驗機是突破關(guān)鍵問題的驗證平臺尺度效應(yīng)力學(xué)建模邊界條件影響分析載荷譜轉(zhuǎn)換理論研究多尺度疲勞損傷模型子部件與全尺寸數(shù)據(jù)對比邊界條件等效試驗載荷譜簡化與轉(zhuǎn)換驗證預(yù)測模型驗證試驗關(guān)于子部件測試?yán)碚撗芯?/p>

關(guān)鍵問題

試驗研究子部件與全尺寸葉片疲勞行為的尺度轉(zhuǎn)換規(guī)律風(fēng)電葉片子部件與全尺寸疲勞行為關(guān)聯(lián)機制研究5.真誠致謝國家自然科學(xué)基金委員會中國科學(xué)院工程熱物理研究所甘肅省高等學(xué)校產(chǎn)業(yè)支撐計劃（甘肅省教育廳）甘肅省特種設(shè)備質(zhì)量檢驗檢測研究院（國家風(fēng)電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心酒泉實驗室）中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司廣東鑒衡海上風(fēng)電檢測認(rèn)證中心有限公司株洲時代新材料科技股份