论文总字数：22709字

摘 要

本文借助solid works建模软件对复合材料风力发电机叶片疲劳加载装置进行三维模型设计，完成相关零部件的设计与计算，使用应力分析软件优化主要部件结构。以上设计为后续的液压及控制系统设计提供必要的理论分析基础，为技术实际应用工程提供相关依据

论文主要设计了一套复合材料风力发电机叶片疲劳双轴加载装置，能够同时对叶片挥舞和摆振方向进行疲劳测试，极大的节省检测时间，提高效率。另外设计两个不同的加载基座，分析对比选择出更合适的加载基座。

本文主要研究内容：以现有的风电叶片为主要试验分析对象，进行挥舞和摆振方向的动力学分析，分析得出载荷值、振幅的大小，为疲劳加载装置的结构设计提供一定的理论依据，根据所需要的加载模式设计加载系统以及加载基座，完成三维模型建立，并用有限元分析软件对关键部件结构优化。

本文的特色：本文研究采用双轴加载的载荷方式，即将旋转偏心质量块同时使用在叶片摆振和挥舞方向，以此来对叶片施加力，让叶片发生共振，并根据检测结果来判断叶片是否达到疲劳要求。这种加载方式能更好的体现叶片实际的工作情况。

关键词：风力发电机叶片；疲劳测试；双轴加载；有限元分析

Abstract

In this paper, the solid works modeling software is used to design the three-dimensional model of the fatigue loading device of the composite material wind turbine blade, complete the design and calculation of related components, and use stress analysis software to optimize the structure of the main components. The above design provides the necessary theoretical analysis foundation for the subsequent hydraulic and control system design, and provides relevant basis for the practical application of technology
The thesis mainly designs a set of dual-axis fatigue loading device for composite material wind turbine blades, which can carry out fatigue testing of the blade swing and swing direction at the same time, which greatly saves the detection time and improves the efficiency. In addition, two different loading bases are designed, and a more suitable loading base is selected through analysis and comparison.
The main research content of this article: the existing wind power blades are the main test analysis objects, and the dynamic analysis of the swing and swing direction is carried out, and the load value and amplitude are analyzed to provide a certain theoretical basis for the structural design of the fatigue loading device , Design the loading system and loading base according to the required loading mode, complete the establishment of the three-dimensional model, and use the finite element analysis software to optimize the structure of key components.
The characteristics of this article: This article studies the use of biaxial loading, that is, the rotating eccentric mass is used in the blade swing and swing direction at the same time, in order to apply force to the blade, make the blade resonate, and judge whether the blade is based on the test Meet the fatigue requirements. This loading method can better reflect the actual working conditions of the blade.

Key Words：Wind turbine blade; Fatigue test; Biaxial loading; Finite element analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1论文研究背景 1

1.2 风力发电机叶片疲劳测试现状 3

1.2.1 国外风力发电机叶片疲劳测试现状 3

1.2.2 国内风力发电机叶片疲劳测试现状 3

1.3 本课题研究目的及意义 4

1.4 本文的主要研究内容 5

1.4.1设计的基本内容、目标 5

1.4.2 技术方案及措施 5

第2章 风力发电机叶片相关分析及加载要求 7

2.1 实验对象 7

2.1.1 风力发电机叶片主要结构 7

2.1.2 叶片失效模式 7

2.2 疲劳加载测试载荷要求及测试方法 9

2.2.1测试载荷要求 9

2.2.2 测试方法 10

2.2.3 疲劳加载总体方案 11

2.3 双轴加载动力学分析 11

2.3.1挥舞方向动力学分析 11

2.3.2 摆振方向动力学分析 12

第3章 风力发电机叶片 14

双轴疲劳加载装备结构设计 14

3.1总体方案设计 14

3.2风力发电机叶片疲劳加载装置结构设计 15

3.2.1疲劳加载装置载荷 15

3.2.2加载系统结构设计 16

3.3风力发电机叶片疲劳加载基座结构设计 18

3.3.1 两种不同的加载基座结构设计 18

3.3.2 有限元应力分析 19

3.4控制与数据采集系统 21

第四章 加载系统相关分析与计算 23

4.1 实验叶片相关参数 23

4.2 旋转偏心质量块分析与计算 23

4.2.1 叶片共振分析 23

4.2.2 振动稳态能量分析 24

4.2.3 算例 24

4.3 振动电机选型 25

4.3.1 动力系统关键参数确定 25

4.3.2 算例 26

第五章 总结与展望 27

5.1 总结 27

5.2 展望 27

参考文献 29

致 谢 31

第一章 绪论

1.1论文研究背景

1）全球风力发电现状

由于人们不断消耗不可再生能源，以及伴随而来的气温上升、生态环境破坏和大气污染等一系列问题，导致世界能源和环境问题变得比以往更加恶劣，因此人类迫切需要开发和使用风能^[1]。风能的使用发展较快、也最为广泛，是近几年内全球大规模开发的可再生能源之一。它蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面非常广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦。

全球风能协会近期统计数据显示^[2]，截至2018年末，全球累计风电装机总容量达到591GW，较2017年(540GW)上涨了9.4%。其中陆上风电累计装机容量为568 GW，海上风电累计装机容量为23GW。就发展势头而言，陆上风电发展略逊于海上风电。

图1.1：2010-2018年全球风电累计装机容量统计情况

我国风力发电数据显示如下^[3]：在2013-2017年期间，我国风电装机总容量呈线性增长的趋势。到2019年11月时，我国风电装机总容量已达到20077万千瓦，相比与2018年同期增长11.70%。随着中国科学技术的不断发展，我国在风电行业的投入不断增加，随之而来的不仅仅是风电装机总容量的不断增加，更是中国在不可再生资源方面迈出更为有力的一步。

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