[发明专利]一种基于等强度原则的水平轴风力机叶片缩比模型静力测试方法

权利要求书

1.一种水平轴风力机叶片的静力测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）依据所要测试评估的原型全尺寸叶片结构特征，设计并制作一个材料相同而结构尺寸等比例缩小的缩尺寸模型叶片，并以该叶片作为试验叶片；

2）依据等强度原则，（即缩尺寸模型叶片与原型全尺寸叶片在各自的试验载荷作用下，应保持相同的结构应力分布），将原型全尺寸叶片的试验载荷转化为缩尺寸模型叶片的试验载荷，具体步骤如下：

(a)采用有限元数值模拟方法，分别建立原型全尺寸叶片与缩尺寸模型叶片的有限元模型；

(b)对上述两个有限元模型分别定义一致的边界条件；

(c)根据设计部门所提供的原型全尺寸叶片试验载荷,施加到原型全尺寸叶片有限元模型上，并据此计算在该载荷作用下原型全尺寸叶片的结构应力分布情况；

(d)将步骤（c）中原型全尺寸叶片各加载点处的载荷，按照一个相同的比例缩小，并将缩小后的载荷施加到缩尺寸模型叶片的有限元模型的对应各加载点处，采取与步骤（c）中一致的计算方法，计算在该载荷作用下缩尺寸模型叶片的结构应力分布情况；

(e)分别在原型全尺寸叶片和缩尺寸模型叶片的对应位置选取若干位置点，作为应力对比点;

(f)比较原型全尺寸叶片和缩尺寸模型叶片在上述应力对比点处的应力分布情况，如应力分布不一致，则调整施加到缩尺寸模型叶片有限元模型上的载荷;

(g)经过若干次调整计算，找到实现原型全尺寸叶片和缩尺寸模型叶片在应力对比点处应力分布一致或近似一致的缩尺寸模型叶片的施加载荷，以该载荷作为缩尺寸模型叶片静力试验的试验载荷；

3）按照步骤2）所确定的施加到缩尺寸模型叶片的试验载荷，对缩尺寸模型叶片进行静力试验；

4）根据步骤3）中缩尺寸模型叶片静力试验获得的应力测量结果，对原型全尺寸叶片的结构性能进行评估。

2.根据权利要求1所述的水平轴风力机叶片缩比模型静力测试方法，其特征在于，所述步骤2）的子步骤（c）中，施加到原型全尺寸叶片有限元模型上的试验载荷，为沿叶片展向布置的几处集中载荷。

3.根据权利要求1或2所述的水平轴风力机叶片的缩比模型静力测试方法，其特征在于，所述步骤2）的步骤（d）中，按照原型全尺寸叶片与缩尺寸模型叶片的尺寸缩小比例值，缩小步骤（c）中原型全尺寸叶片各加载点处的载荷，得到施加到缩尺寸模型叶片有限元模型上的载荷。

4.根据上述任一项权利要求所述的水平轴风力机叶片的缩比模型静力测试方法，其特征在于，所述步骤2）的步骤(e)中，依据可较好反映或识别叶片损伤情况的强度计算结果，分别在原型全尺寸叶片和缩尺寸模型叶片的对应位置选取若干位置点，作为应力对比点。

5.根据上述任一项权利要求所述的水平轴风力机叶片的缩比模型静力测试方法，其特征在于，所述步骤2）的步骤(f)中，调整施加到缩尺寸模型叶片上的载荷时，须保证施加到各位置点处的载荷按照相同比例同步增减。

6.根据上述任一项权利要求所述的水平轴风力机叶片的缩比模型静力测试方法，其特征在于，所述步骤2）中，对原型全尺寸叶片与缩尺寸模型叶片的有限元模型采用一致或相似的计算网格以及相同的边界条件进行数值计算，以使二者具备一致或相似的计算误差。

7.根据上述任一项权利要求所述的水平轴风力机叶片的缩比模型静力测试方法，其特征在于，采用该方法进行叶片静力性能评估，试验步骤及试验装置可利用现有通用的叶片静态测试步骤。