CN113029479A - 全尺寸叶片刚度检测方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

全尺寸叶片刚度检测方法、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN113029479A CN202110313512.3A CN202110313512A CN113029479A CN 113029479 A CN113029479 A CN 113029479A CN 202110313512 A CN202110313512 A CN 202110313512A CN 113029479 A CN113029479 A CN 113029479A
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Abstract

本发明公开了一种全尺寸叶片刚度检测方法、电子设备及存储介质，所述方法包括：将待检测叶片放置在支撑台上，在所述待检测叶片的验证区域设置若干个测试点；测量每一所述测试点的挠度；根据所有所述测试点的挠度建立叶片挠度曲线函数；采用所述叶片挠度曲线函数得到每一所述测试点的叶片截面的实测曲率，将所述实测曲率与所述待测叶片的对应的各个截面的理论曲率进行对比，得到检测结果。本发明解决了大型测试平台和加载装备的占用问题。

Description

全尺寸叶片刚度检测方法、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种全尺寸叶片刚度检测方法、电子设备及存储介质。
背景技术
传统风机叶片刚度测试方法是先把叶片安装在测试平台上，通过加载设备施加作用力，测试叶片的应变或者挠度来间接测试刚度。这种刚度测试的操作方法如下。首先，必须把叶片安装在测试平台上，由于测试平台的造价高昂，所以测试平台的占时费用高；第二，需要动用加载设备对叶片施加载荷，加载设备可以是吊车、行车、液压绞车和电动推杆等设备；第三，通过在叶片上安装的应变传感器监测变形，以及叶片位移测试仪器测量叶片的截面变形，位移测试仪器一般用拉线位移传感器、激光测距、激光跟踪仪、雷达测距仪和全站仪等测距设备；最后，通过测试的应变和挠度数据验证叶片的刚度是否满足设计要求。这种方法耗时耗力，单只叶片的测试成本在数十万元以上，无法保证每只叶片都接受检测。采用抽检的方法，容易漏掉有缺陷的叶片。风机叶片的损伤对整机造成巨大损失，包含风机的停机损失，风轮的拆卸、叶片运输和安装的成本等等。采用快速的检测手段，在叶片出厂前对每支叶片进行检测是保证叶片质量的重要手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种全尺寸叶片刚度检测方法、电子设备及存储介质，以解决大型测试平台和加载装备的占用问题。
为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种全尺寸叶片刚度检测方法，包括：步骤S11、将待检测叶片放置在支撑台上，在所述待检测叶片的验证区域设置若干个测试点。步骤S12、测量每一所述测试点的挠度。步骤S13、根据所有所述测试点的挠度建立叶片挠度曲线函数。步骤S14、采用所述叶片挠度曲线函数得到每一所述测试点的叶片截面的实测曲率，将所述实测曲率与所述待测叶片的对应的各个截面的理论曲率进行对比，得到检测结果。
优选地，所述步骤S12包括：将所述待测叶片放置在支撑台上，得到所述待测叶片的每一测试点的初始高度值；受所述待测叶片自身重力作用后，获取待测叶片的每一测试点的测量高度值，将每一所述测试点的初始高度值对应与所述测试点的测量高度值做差相减得到每一所述测试点的挠度。
优选地，所述步骤S13包括：对所有所述测试点的挠度进行拟合，得到所述叶片挠度曲线函数如下：
y＝a0+a1x+a2x2+...+anxn
式中，y表示为相应截面上的挠度，x表示述待测叶片上各截面与叶根之间的距离，n表示多项式的阶数，a0～an分别表示多项式的系数。
优选地，所述步骤S14包括，对所述叶片挠度曲线函数进行二阶求导，得到每一所述测试点的叶片截面的所述实测曲率。
优选地，所述待检测叶片的验证区域占所述待测叶片长度70％及以上。
优选地，所述步骤S14包括：在所述待测叶片的叶根和叶中位置采用两个支撑架进行支撑，所述待测叶片、叶根位置处的第一支撑点和叶中位置处的第二支撑点这三者共同构成简支梁。
所述第一支撑点上设置有第一称重传感器，所述第一称重传感器用于采集所述第一支撑点上的第一重量信息；所述第二支撑点上设置有第二称重传感器，所述第二称重传感器用于采集所述第二支撑点上的第二重量信息。根据所述第一重量信息和所述第二重量信息计算所述待测叶片的自重和重心。根据所述第一重量信息和所述第二重量信息计算得到所述第一支撑点上的第一剪切力和所述第二支撑点上的第二剪切力；根据所述第一剪切力、所述第二剪切力和所述待测叶片上的线密度分布得到所述待测叶片上各个截面的剪切力。
优选地，所述待测叶片的各个截面的理论曲率采用如下公式进行计算：
采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的剪切力：
Figure BDA0002990909130000021
Figure BDA0002990909130000022
式中，
Figure BDA0002990909130000023
表示截面i在摆振方向上的剪切力，
Figure BDA0002990909130000024
表示截面i-1在摆振方向上的剪切力；y表示叶片摆振方向，i表示截面编号，
Figure BDA0002990909130000031
表示截面i-1在摆振方向的分布力，
Figure BDA0002990909130000032
表示截面i在摆振方向的分布力；zi表示截面i距离叶根的长度；zi-1表示i-1截面距离叶根的长度。
Figure BDA0002990909130000033
表示截面i-1在挥舞方向上的剪切力，
Figure BDA0002990909130000034
表示截面i在挥舞方向上的剪切力；x表示叶片挥舞方向，i表示截面编号，
Figure BDA0002990909130000035
表示截面i-1在挥舞方向的分布力，
Figure BDA0002990909130000036
表示截面i在挥舞方向的分布力。
采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的弯矩：
Figure BDA0002990909130000037
Figure BDA0002990909130000038
式中，
Figure BDA0002990909130000039
表示截面i-1在摆振方向上的弯矩，
Figure BDA00029909091300000310
表示截面i在摆振方向上的弯矩；
Figure BDA00029909091300000311
表示截面i-1在挥舞方向上的弯矩，
Figure BDA00029909091300000312
表示截面i在挥舞方向上的弯矩。
结合待测叶片的各个截面的目标刚度采用如下公式计算所述待测叶片的各个截面的理论曲率：
Figure BDA00029909091300000313
Figure BDA00029909091300000314
式中，
Figure BDA00029909091300000315
表示截面i在挥舞方向上的曲率；E表示材料的弹性模量；Ix表示挥舞方向的惯性矩；
Figure BDA00029909091300000316
表示截面i在摆振方向上的曲率；Iy表示摆振方向的惯性矩。
优选地，所述步骤S14包括：将所述实测曲率与所述待测叶片的对应的各个截面的理论曲率进行对比，得到所述待测叶片的每一测试点位置处的刚度偏差，所有所述刚度偏差处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为合格；所有所述刚度偏差中任意一个刚度偏差不处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为不合格。
优选地，所述步骤S12还包括：采用全站仪测距方法、雷达测距方法或超宽带测距方法获取待测叶片的每一测试点的测量高度值。
另一方面，本发明还提供一种全尺寸叶片刚度检测方法，包括：步骤S21、将待检测叶片放置在支撑台上，在所述待检测叶片的验证区域设置若干个测试点。步骤S22、测量每一所述测试点的挠度。步骤S23、根据所述待测叶片的各个截面的理论曲率进行计算，得到所述待测叶片的各个截面的理论挠度。步骤S24、将每一所述截面的理论挠度对应与每一所述测试点的挠度进行对比，得到检测结果。
优选地，所述步骤S22包括：将所述待测叶片放置在支撑台上，得到所述待测叶片的每一测试点的初始高度值；受所述待测叶片自身重力作用后，获取待测叶片的每一测试点的测量高度值，将每一所述测试点的初始高度值对应与所述测试点的测量高度值相减得到每一所述测试点的挠度。
优选地，所述步骤S22还包括：采用全站仪测距方法、雷达测距方法或超宽带测距方法获取待测叶片的每一测试点的测量高度值。
优选地，所述待测叶片的各个截面的理论曲率采用如下公式进行计算：采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的剪切力：
Figure BDA0002990909130000041
Figure BDA0002990909130000042
式中，
Figure BDA0002990909130000043
表示截面i在摆振方向上的剪切力，
Figure BDA0002990909130000044
表示截面i-1在摆振方向上的剪切力；y表示叶片摆振方向，i表示截面编号，
Figure BDA0002990909130000045
表示截面i-1在摆振方向的分布力，
Figure BDA0002990909130000046
表示截面i在摆振方向的分布力；zi表示截面i距离叶根的长度；zi-1表示i-1截面距离叶根的长度；
Figure BDA0002990909130000047
表示截面i-1在挥舞方向上的剪切力，
Figure BDA0002990909130000048
表示截面i在挥舞方向上的剪切力；x表示叶片挥舞方向，i表示截面编号，
Figure BDA0002990909130000049
表示截面i-1在挥舞方向的分布力，
Figure BDA00029909091300000410
表示截面i在挥舞方向的分布力；
采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的弯矩：
Figure BDA0002990909130000051
Figure BDA0002990909130000052
式中，
Figure BDA0002990909130000053
表示截面i-1在摆振方向上的弯矩，
Figure BDA0002990909130000054
表示截面i在摆振方向上的弯矩；
Figure BDA0002990909130000055
表示截面i-1在挥舞方向上的弯矩，
Figure BDA0002990909130000056
表示截面i在挥舞方向上的弯矩；
结合待测叶片的各个截面的目标刚度采用如下公式计算所述待测叶片在自重作用下的各个截面的理论曲率：
Figure BDA0002990909130000057
Figure BDA0002990909130000058
式中，
Figure BDA0002990909130000059
表示截面i在挥舞方向上的曲率；E表示材料的弹性模量；Ix表示挥舞方向的惯性矩；
Figure BDA00029909091300000510
表示截面i在摆振方向上的曲率；Iy表示摆振方向的惯性矩。
优选地，所述步骤S23包括：根据所述待测叶片的各个截面的理论曲率，采用如下公式计算待测叶片的各个截面的理论转角：
Figure BDA00029909091300000511
Figure BDA00029909091300000512
式中，
Figure BDA00029909091300000513
表示截面i+1在摆振方向上的转角；
Figure BDA00029909091300000514
表示截面i在摆振方向上的转角；
Figure BDA00029909091300000515
表示截面i+1在挥舞方向上的转角；
Figure BDA00029909091300000516
表示截面i在挥舞方向上的转角；
采用如下公式计算待测叶片的各个截面的理论挠度：
Figure BDA00029909091300000517
Figure BDA00029909091300000518
式中，
Figure BDA0002990909130000061
表示截面i+1在摆振方向上的挠度；
Figure BDA0002990909130000062
表示截面i在摆振方向上的挠度；
Figure BDA0002990909130000063
表示截面i+1在挥舞方向上的挠度；
Figure BDA0002990909130000064
表示截面i在挥舞方向上的挠度。
优选地，所述步骤S24包括：将每一所述测试点的挠度对应与所述待测叶片上对应截面的所述理论挠度进行对比，得到所述待测叶片的每一测试点位置处的刚度偏差，所有所述刚度偏差处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为合格；所有所述刚度偏差中任意一个刚度偏差不处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为不合格。
另一方面，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上文所述的方法。
再一方面，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的方法。
本发明至少具有以下优点之一：
本发明所提供的检测方法不占用测试平台能够实现叶片刚度的快速检测，有利于叶片刚度检测成为叶片出厂前的常规检测手段。解决了现有技术中叶片的刚度检测需要大型的测试平台。行业主流的大型叶片在上测试平台时，需要转运、翻转、叶根对孔安装和拆卸叶片，由此导致的传统叶片刚度检测方法费时费力的问题。
本发明根据叶根和叶中测得的支撑力，计算叶片的重量和重心。通过对比刚度和质量的吻合程度，识别出叶片的在悬臂梁状态下的频率。
该频率与刚度和质量分布相关，频率作为衡量叶片刚度的一种指标，反映叶片的制造质量的指标。
本发明所提供的检测方法通过快速刚度测试，及时筛选出不合格的叶片，由此解决了在叶片出厂前，由于铺布、灌注、合模、粘接等工艺问题，形成了叶片内在结构缺陷，导致叶片刚度出现偏离设计值的情况的问题。
本发明所提供的检测方法能够对出厂叶片的刚度进行检测，以确保刚度满足设计要求。由此能够为由于风机叶片刚度下降，在气动载荷作用下，叶片的挠度变形如果大于设计值，将减少叶尖与塔筒的净空距离，可能存在叶片扫塔的机率，致使叶片折断，降低叶片的疲劳寿命进行预警。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的叶片和支撑点构成的简支梁集中质量简化模型；
图2为本发明一实施例提供的一种全尺寸叶片刚度检测方法的测试点布置示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种全尺寸叶片刚度检测方法的流程示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种全尺寸叶片刚度检测方法中的待测叶片的各个测试点所受的剪切力的分布图；
图5为本发明一实施例提供的一种全尺寸叶片刚度检测方法中的待测叶片的各个测试点所受的弯矩的分布图；
图6为本发明一实施例提供的一种全尺寸叶片刚度检测方法中的叶片挠度变形的多项式拟合的示意图；
图7为本发明另一实施例提供的一种全尺寸叶片刚度检测方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种全尺寸叶片刚度检测方法、电子设备及存储介质作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
实施例一、如图3所述，本实施例提供的一种全尺寸叶片刚度检测方法，包括：步骤S11、将待检测叶片放置在支撑台上，在所述待检测叶片的验证区域设置若干个测试点。
步骤S12、测量每一所述测试点的挠度。
步骤S13、根据所有所述测试点的挠度建立叶片挠度曲线函数。
步骤S14、采用所述叶片挠度曲线函数得到每一所述测试点的叶片截面的实测曲率，将所述实测曲率与所述待测叶片的对应的各个截面的理论曲率进行对比，得到检测结果。
如图1和图2所示，所述支撑台包括两个支撑架(第一支撑架201和第二支撑架202)，将待测叶片(后续简称叶片)101放置在两个所述支撑架上，优选地，在待测叶片101的叶根和叶中位置采用第一支撑架201和第二支撑架202进行支撑，叶片、叶根位置处的第一支撑点和叶中位置处的第二支撑点这三者共同构成简支梁。在一些其他的实施例中可以通过改变支撑点的位置(第一支撑架201和第二支撑架202的位置)测试叶片101不同区域的刚度，验证叶片101不同区域的刚度，所述待检测叶片的验证区域占所述待测叶片长度70％及以上。
所述第一支撑点上设置有第一称重传感器，所述第一称重传感器用于采集所述第一支撑点上的第一重量信息；所述第二支撑点上设置有第二称重传感器，所述第二称重传感器用于采集所述第二支撑点上的第二重量信息。根据所述第一重量信息和所述第二重量信息计算所述待测叶片的自重和重心；所述支撑架需避开所述重心设置。
根据所述第一重量信息和所述第二重量信息计算得到所述第一支撑点上的第一剪切力和所述第二支撑点上的第二剪切力；根据所述第一剪切力、所述第二剪切力和所述待测叶片上的线密度分布得到所述待测叶片上各个截面的剪切力。在本实施例中，“剪切力”也可简称为“剪力”。
本实施例中设置第一称重传感器和第二称重传感器用于通过测试挠度间接测试曲率，而本实施例中的理论曲率是结构设计时提供。
如图1和2所示，根据叶片(待测叶片)的线密度，把叶片自重简化为集中质量模型，即把叶片等效为集中质量模型，每一段叶片截面简化为集中质量点(测试点)110求解重力。叶根和叶中的支撑点作用力由支撑点距离重心的远近分配叶片的重力。
所述步骤S12包括：将所述待测叶片放置在支撑台上，结合待测叶片的外形模型，得到所述待测叶片的每一测试点的初始高度值；受所述待测叶片自身重力作用后，获取待测叶片的每一测试点的测量高度值，将每一所述测试点的初始高度值对应与所述测试点的测量高度值做差得到每一所述测试点的挠度。即监测出叶片受到自重后各个测试点与水平地面之间的距离，通过三维数模上测量叶片自然状态时(不受重力的影响)与水平地面之间的距离，两对应做的差值即为叶片受到自重的挠度。各个所述测试点均分布在叶片的中轴线上。可选的，测试点的个数在3～6范围内比较合适。
所述步骤S12还包括：采用全站仪测距方法、雷达测距方法或超宽带(UWB)测距方法获取待测叶片的每一测试点的测量高度值。
所述步骤S13包括：对所有所述测试点的挠度进行拟合，得到所述叶片挠度曲线函数如下(通过对叶片各截面的挠度变形进行拟合，获得了n阶多项式的拟合公式，并计算相关性系数R，如公式(1)所示)：
y＝a0+a1x+a2x2+...+anxn (1)
式中，y表示为相应截面上的挠度，x表示述待测叶片上各截面与叶根之间的距离，n表示多项式的阶数，a0～an分别表示多项式的系数。
所述相关性系数R用于为拟合度的评判标准，其值越接近1所述拟合公式的拟合度越好。
获得n+1组(x,y)数值，求出上述拟合公式的n+1个系数，通过多项式拟合出叶片受自重时的挠度变形曲线如公式(2)所示：
Figure BDA0002990909130000091
式中，(x1,y1)～(xn+1,yn+1)分别表示各个测试点横纵坐标。
本实施例还可以通过参考最小二乘法拟合叶片的变形曲线，研究相关性更高的拟合方法，获得更高的相关性系数。
所述步骤S14包括，对所述叶片挠度曲线函数(公式(2))进行二阶求导，得到每一所述测试点的叶片截面的所述实测曲率。
所述待测叶片的各个截面的理论曲率采用如下公式进行计算：
采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的剪切力：
Figure BDA0002990909130000101
Figure BDA0002990909130000102
式中，
Figure BDA0002990909130000103
表示截面i在摆振方向上的剪切力，
Figure BDA0002990909130000104
表示截面i-1在摆振方向上的剪切力；y表示叶片摆振方向，i表示截面编号，
Figure BDA0002990909130000105
表示截面i-1在摆振方向的分布力，
Figure BDA0002990909130000106
表示截面i在摆振方向的分布力；zi表示截面i距离叶根的长度；zi-1表示i-1截面距离叶根的长度。
Figure BDA0002990909130000107
表示截面i-1在挥舞方向上的剪切力，
Figure BDA0002990909130000108
表示截面i在挥舞方向上的剪切力；x表示叶片挥舞方向，i表示截面编号，
Figure BDA0002990909130000109
表示截面i-1在挥舞方向的分布力，
Figure BDA00029909091300001010
表示截面i在挥舞方向的分布力。
采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的弯矩：
Figure BDA00029909091300001011
Figure BDA00029909091300001012
式中，
Figure BDA00029909091300001013
表示截面i-1在摆振方向上的弯矩，
Figure BDA00029909091300001014
表示截面i在摆振方向上的弯矩；
Figure BDA00029909091300001015
表示截面i-1在挥舞方向上的弯矩，
Figure BDA00029909091300001016
表示截面i在挥舞方向上的弯矩。
结合待测叶片的各个截面的目标刚度采用如下公式计算所述待测叶片的各个截面的理论曲率：
Figure BDA00029909091300001017
Figure BDA00029909091300001018
式中，
Figure BDA00029909091300001019
表示截面i在挥舞方向上的曲率；E表示材料的弹性模量；Ix表示挥舞方向的惯性矩；
Figure BDA0002990909130000111
表示截面i在摆振方向上的曲率；Iy表示摆振方向的惯性矩。
所述步骤S14包括：将所述实测曲率与所述待测叶片的对应的各个截面的理论曲率进行对比，得到所述待测叶片的每一测试点位置处的刚度偏差，所有所述刚度偏差处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为合格；所有所述刚度偏差中任意一个刚度偏差不处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为不合格。
在本实施例中还包括：叶片自重的挠度测试可以通过翻转叶片180°，分别测试前后距离测试点的距离，二者的差值的一半即为叶片自重的挠度。由此可知，本实施例通过叶片自重进行加载，拟合自重的挠度曲线，然后通过二阶导，得到实测曲率。
通过理论计算叶片自重挠度变形比较明显的位置，预先把测试点放在该位置，获得拟合程度更好的位置。
通过上文描述可知，本实施例所提供的检测方法不占用测试平台能够实现叶片刚度的快速检测，有利于叶片刚度检测成为叶片出厂前的常规检测手段。解决了现有技术中叶片的刚度检测需要大型的测试平台。行业主流的大型叶片在上测试平台时，需要转运、翻转、叶根对孔安装和拆卸叶片，由此导致的传统叶片刚度检测方法费时费力的问题。
本实施例根据叶根和叶中测得的支撑力，计算叶片的重量和重心。通过对比刚度和质量的吻合程度，识别出叶片的在悬臂梁状态下的频率。该频率与刚度和质量分布相关，频率作为衡量叶片刚度的一种指标，用于衡量叶片的制造质量的指标。
本实施例所提供的检测方法通过快速刚度测试，及时筛选出不合格的叶片，由此解决了在叶片出厂前，由于铺布、灌注、合模、粘接等工艺问题，形成了叶片内在结构缺陷，导致叶片刚度出现偏离设计值的情况的问题。
本实施例所提供的检测方法能够对出厂叶片的刚度进行检测，以确保刚度满足设计要求。由此能够为由于风机叶片刚度下降，在气动载荷作用下，叶片的挠度变形如果大于设计值，将减少叶尖与塔筒的净空距离，可能存在叶片扫塔的机率，致使叶片折断，降低叶片的疲劳寿命进行预警。
实施例二、如图7所示，在本实施例中，基于上述实施例一所述的理论曲率，计算待测叶片的各个截面的理论挠度；基于上述实施例一所述的待测叶片的实测挠度(即上述步骤S12所述的各个测试点的挠度)对待检测叶片的刚度进行检测。
由此，本实施例提供的一种全尺寸叶片刚度检测方法，包括：
步骤S21、将待检测叶片放置在支撑台上，在所述待检测叶片的验证区域设置若干个测试点；
步骤S22、测量每一所述测试点的挠度；
步骤S23、根据所述待测叶片的各个截面的理论曲率，得到所述待测叶片的各个截面的理论挠度；
步骤S24、将每一所述截面的理论挠度对应与每一所述测试点的挠度进行对比，得到检测结果。
具体的步骤S23包括：根据所述待测叶片的各个截面的理论曲率(公式7和公式8所示)，采用如下公式计算待测叶片的各个截面的理论转角：
Figure BDA0002990909130000121
Figure BDA0002990909130000122
式中，
Figure BDA0002990909130000123
表示截面i+1在摆振方向上的转角；
Figure BDA0002990909130000124
表示截面i在摆振方向上的转角；
Figure BDA0002990909130000125
表示截面i+1在挥舞方向上的转角；
Figure BDA0002990909130000126
表示截面i在挥舞方向上的转角；
采用如下公式计算待测叶片的各个截面的理论挠度：
Figure BDA0002990909130000127
Figure BDA0002990909130000128
式中，
Figure BDA0002990909130000129
表示截面i+1在摆振方向上的挠度；
Figure BDA00029909091300001210
表示截面i在摆振方向上的挠度；
Figure BDA00029909091300001211
表示截面i+1在挥舞方向上的挠度；
Figure BDA00029909091300001212
表示截面i在挥舞方向上的挠度。
将每一所述测试点的挠度对应与所述待测叶片上对应截面的所述理论挠度进行对比，得到所述检测结果。
将每一所述测试点的挠度对应与所述待测叶片上对应截面的所述理论挠度进行对比，得到所述待测叶片的每一测试点位置处的刚度偏差，所有所述刚度偏差处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为合格；所有所述刚度偏差中任意一个刚度偏差不处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为不合格。
综上所述，本实施例描述了叶片挠度、转角和曲率之间的关系，测试出叶片的挠度可间接获得该点的曲率，通过把理论刚度转化为理论挠度，直接与实测挠度进行对比，以检测叶片刚度。
通过上文描述可知，本实施例所提供的检测方法不占用测试平台能够实现叶片刚度的快速检测，有利于叶片刚度检测成为叶片出厂前的常规检测手段。解决了现有技术中叶片的刚度检测需要大型的测试平台。行业主流的大型叶片在上测试平台时，需要转运、翻转、叶根对孔安装和拆卸叶片，由此导致的传统叶片刚度检测方法费时费力的问题。
本实施例根据叶根和叶中测得的支撑力，计算叶片的重量和重心。通过对比刚度和质量的吻合程度，识别出叶片的在悬臂梁状态下的频率。该频率与刚度和质量分布相关，频率作为衡量叶片刚度的一种指标，用于衡量叶片的制造质量的指标。
本实施例所提供的检测方法通过快速刚度测试，及时筛选出不合格的叶片，由此解决了在叶片出厂前，由于铺布、灌注、合模、粘接等工艺问题，形成了叶片内在结构缺陷，导致叶片刚度出现偏离设计值的情况的问题。
本实施例所提供的检测方法能够对出厂叶片的刚度进行检测，以确保刚度满足设计要求。由此能够为由于风机叶片刚度下降，在气动载荷作用下，叶片的挠度变形如果大于设计值，将减少叶尖与塔筒的净空距离，可能存在叶片扫塔的机率，致使叶片折断，降低叶片的疲劳寿命进行预警。
另一方面，本实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上文所述的检测方法。
在计算机程序里增加识别挠度测试值与理论值偏差过大的点(设定偏差阈值，比如挠度测试值与理论值偏差超过10％时则自动剔除该挠度测试值)，以自动剔除不合理的数值，增加拟合度。
具体检测时，把叶片吊装到支撑台，在地面上安装激光传感器(全站仪测距方法、雷达测距方法或超宽带(UWB)测距方法)测试叶片的变形。把测试的变形和重量信息直接传递到计算机程序里，通过程序里直接内置的计算公式求解叶片的刚度偏差。本方法无需在叶片上安装传感器，为非接触式测试，可以快速检测叶片的刚度。
本实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的检测方法。该可读存储介质可以快速识别叶片的刚度变化，能够快速普及为一种叶片出厂常规检测方法，及时筛选出刚度不合格的叶片。
为了更好的理解本实施例，下面举例进行说明：
某待测叶片长度为76m，在叶根0m和叶中43.4m位置有两个支撑点(第一支撑架201和第二支撑架202的位置处)，101是叶片在自然状态的位置，102是叶片受到自身重力作用后的位置叶片挠度的5个测试点(第一测试点01～第五测试点305，其在验证区域内沿叶片轴线均匀间隔设置)。401是叶片自重作用下的变形，即各个测试点在叶片自身重力的作用下产生的变形。下面通过拟合叶片变形函数的方法求解叶片截面刚度。
根据叶根0m和叶中43.4m位置的支撑力，计算叶片的剪切力分布，如图4所示。根据剪切力分布求得弯矩分布，如图5所示。再结合叶片的截面刚度，求解理论曲率，转角和挠度。图6为叶片受到自重作用下的挠度变形。
通过激光传感器实测叶片受到自重的变形并获得每个截面的实测曲率。
对比理论曲率和实测曲率的偏差，优选地的测试的刚度偏差控制在±5％范围内，如表1所示。根据偏差修正叶片的理论刚度。
表1叶片变形拟合的部分偏差数值
Figure BDA0002990909130000141
Figure BDA0002990909130000151
综上所述，本实施例把叶片的安装方式由悬臂梁改为简支梁，无需占用测试平台。由使用加载装备变为叶片自重加载，减少加载装置的使用。通过非接触式测量叶片上的变形，不需要在叶片上安装传感器，减少测试的时间。本实施例的刚度测试方法是一种快速的刚度检测方法，解决了大型测试平台和加载装备的占用问题。通过研究叶片在简支梁状态下的变形规律，利用叶片在自重作用下产生的结构变形。求解叶片受到的剪切力和弯矩，再结合叶片的理论截面刚度，求解叶片在自重下的目标曲率。通过精密仪器(比如激光传感器等)测试出叶片的变形，用多项式拟合叶片的函数曲线，再对截面的变形曲线求二阶导，解析截面的实测曲率。通过对比实测曲率和目标曲率的偏差，获得叶片的实际刚度偏差。通过改变支撑点的位置测试叶片不同区域的刚度，验证叶片不同区域的刚度，有效刚度验证区域占叶片长度70％以上。该方法可以快速识别叶片的刚度变化，能够快速普及为一种叶片出厂常规检测方法，及时筛选出刚度不合格的叶片。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，包括：
步骤S11、将待检测叶片放置在支撑台上，在所述待检测叶片的验证区域设置若干个测试点；
步骤S12、测量每一所述测试点的挠度；
步骤S13、根据所有所述测试点的挠度建立叶片挠度曲线函数；
步骤S14、采用所述叶片挠度曲线函数得到每一所述测试点的叶片截面的实测曲率，将所述实测曲率与所述待测叶片的对应的各个截面的理论曲率进行对比，得到检测结果。
2.如权利要求1所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，所述步骤S12包括：将所述待测叶片放置在支撑台上，得到所述待测叶片的每一测试点的初始高度值；受所述待测叶片自身重力作用后，获取待测叶片的每一测试点的测量高度值，将每一所述测试点的初始高度值对应与所述测试点的测量高度值相减得到每一所述测试点的挠度。
3.如权利要求2所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，所述步骤S13包括：对所有所述测试点的挠度进行拟合，得到所述叶片挠度曲线函数如下：
y＝a0+a1x+a2x2+...+anxn
式中，y表示为相应截面上的挠度，x表示述待测叶片上各截面与叶根之间的距离，n表示多项式的阶数，a0～an分别表示多项式的系数。
4.如权利要求3所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，
所述步骤S14包括，对所述叶片挠度曲线函数进行二阶求导，得到每一所述测试点的叶片截面的所述实测曲率。
5.如权利要求1所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，
所述待检测叶片的验证区域占所述待测叶片长度70％及以上。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，所述步骤S14包括：在所述待测叶片的叶根和叶中位置采用两个支撑架进行支撑，所述待测叶片、叶根位置处的第一支撑点和叶中位置处的第二支撑点这三者共同构成简支梁；
所述第一支撑点上设置有第一称重传感器，所述第一称重传感器用于采集所述第一支撑点上的第一重量信息；所述第二支撑点上设置有第二称重传感器，所述第二称重传感器用于采集所述第二支撑点上的第二重量信息；
根据所述第一重量信息和所述第二重量信息计算所述待测叶片的自重和重心；
根据所述第一重量信息和所述第二重量信息计算得到所述第一支撑点上的第一剪切力和所述第二支撑点上的第二剪切力；根据所述第一剪切力、所述第二剪切力和所述待测叶片线密度分布得到所述待测叶片上各个截面的剪切力。
7.如权利要求6所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，所述待测叶片的各个截面的理论曲率采用如下公式进行计算：
采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的剪切力：
Figure FDA0002990909120000021
Figure FDA0002990909120000022
式中，
Figure FDA0002990909120000023
表示截面i在摆振方向上的剪切力，
Figure FDA0002990909120000024
表示截面i-1在摆振方向上的剪切力；y表示叶片摆振方向，i表示截面编号，
Figure FDA0002990909120000025
表示截面i-1在摆振方向的分布力，
Figure FDA0002990909120000026
表示截面i在摆振方向的分布力；zi表示截面i距离叶根的长度；zi-1表示i-1截面距离叶根的长度；
Figure FDA0002990909120000027
表示截面i-1在挥舞方向上的剪切力，
Figure FDA0002990909120000028
表示截面i在挥舞方向上的剪切力；x表示叶片挥舞方向，i表示截面编号，
Figure FDA0002990909120000029
表示截面i-1在挥舞方向的分布力，
Figure FDA00029909091200000210
表示截面i在挥舞方向的分布力；
采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的弯矩：
Figure FDA00029909091200000211
Figure FDA00029909091200000212
式中，
Figure FDA0002990909120000031
表示截面i-1在摆振方向上的弯矩，
Figure FDA0002990909120000032
表示截面i在摆振方向上的弯矩；
Figure FDA0002990909120000033
表示截面i-1在挥舞方向上的弯矩，
Figure FDA0002990909120000034
表示截面i在挥舞方向上的弯矩；
结合待测叶片的各个截面的目标刚度采用如下公式计算所述待测叶片在自重作用下的各个截面的理论曲率：
Figure FDA0002990909120000035
Figure FDA0002990909120000036
式中，
Figure FDA0002990909120000037
表示截面i在挥舞方向上的曲率；E表示材料的弹性模量；Ix表示挥舞方向的惯性矩；
Figure FDA0002990909120000038
表示截面i在摆振方向上的曲率；Iy表示摆振方向的惯性矩。
8.如权利要求7所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，所述步骤S14包括：将所述实测曲率与所述待测叶片的对应的各个截面的理论曲率进行对比，得到所述待测叶片的每一测试点位置处的刚度偏差，所有所述刚度偏差处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为合格；所有所述刚度偏差中任意一个刚度偏差不处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为不合格。
9.如权利要求8所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，
所述步骤S12还包括：采用全站仪测距方法、雷达测距方法或超宽带测距方法获取待测叶片的每一测试点的测量高度值。
10.一种全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，包括：
步骤S21、将待检测叶片放置在支撑台上，在所述待检测叶片的验证区域设置若干个测试点；
步骤S22、测量每一所述测试点的挠度；
步骤S23、根据所述待测叶片的各个截面的理论曲率进行计算，得到所述待测叶片的各个截面的理论挠度；
步骤S24、将每一所述截面的理论挠度对应与每一所述测试点的挠度进行对比，得到检测结果。
11.如权利要求10所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，
所述步骤S22包括：将所述待测叶片放置在支撑台上，得到所述待测叶片的每一测试点的初始高度值；受所述待测叶片自身重力作用后，获取待测叶片的每一测试点的测量高度值，将每一所述测试点的初始高度值对应与所述测试点的测量高度值相减得到每一所述测试点的挠度。
12.如权利要求11所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，
所述步骤S22还包括：采用全站仪测距方法、雷达测距方法或超宽带测距方法获取待测叶片的每一测试点的测量高度值。
13.如权利要求10～12中任意一项所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，
所述待测叶片的各个截面的理论曲率采用如下公式进行计算：
采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的剪切力：
Figure FDA0002990909120000041
Figure FDA0002990909120000042
式中，
Figure FDA0002990909120000043
表示截面i在摆振方向上的剪切力，
Figure FDA0002990909120000044
表示截面i-1在摆振方向上的剪切力；y表示叶片摆振方向，i表示截面编号，
Figure FDA0002990909120000045
表示截面i-1在摆振方向的分布力，
Figure FDA0002990909120000046
表示截面i在摆振方向的分布力；zi表示截面i距离叶根的长度；zi-1表示i-1截面距离叶根的长度；
Figure FDA0002990909120000047
表示截面i-1在挥舞方向上的剪切力，
Figure FDA0002990909120000048
表示截面i在挥舞方向上的剪切力；x表示叶片挥舞方向，i表示截面编号，
Figure FDA0002990909120000049
表示截面i-1在挥舞方向的分布力，
Figure FDA00029909091200000410
表示截面i在挥舞方向的分布力；
采用如下公式计算待测叶片在自身重力作用下，每一所述测试点受到的弯矩：
Figure FDA00029909091200000411
Figure FDA00029909091200000412
式中，
Figure FDA00029909091200000413
表示截面i-1在摆振方向上的弯矩，
Figure FDA00029909091200000414
表示截面i在摆振方向上的弯矩；
Figure FDA0002990909120000051
表示截面i-1在挥舞方向上的弯矩，
Figure FDA0002990909120000052
表示截面i在挥舞方向上的弯矩；
结合待测叶片的各个截面的目标刚度采用如下公式计算所述待测叶片在自重作用下的各个截面的理论曲率：
Figure FDA0002990909120000053
Figure FDA0002990909120000054
式中，
Figure FDA0002990909120000055
表示截面i在挥舞方向上的曲率；E表示材料的弹性模量；Ix表示挥舞方向的惯性矩；
Figure FDA0002990909120000056
表示截面i在摆振方向上的曲率；Iy表示摆振方向的惯性矩。
14.如权利要求13所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，所述步骤S23包括：
根据所述待测叶片的各个截面的理论曲率，采用如下公式计算待测叶片的各个截面的理论转角：
Figure FDA0002990909120000057
Figure FDA0002990909120000058
式中，
Figure FDA0002990909120000059
表示截面i+1在摆振方向上的转角；
Figure FDA00029909091200000510
表示截面i在摆振方向上的转角；
Figure FDA00029909091200000511
表示截面i+1在挥舞方向上的转角；
Figure FDA00029909091200000512
表示截面i在挥舞方向上的转角；
采用如下公式计算待测叶片的各个截面的理论挠度：
Figure FDA00029909091200000513
Figure FDA00029909091200000514
式中，
Figure FDA00029909091200000515
表示截面i+1在摆振方向上的挠度；
Figure FDA00029909091200000516
表示截面i在摆振方向上的挠度；
Figure FDA00029909091200000517
表示截面i+1在挥舞方向上的挠度；
Figure FDA00029909091200000518
表示截面i在挥舞方向上的挠度。
15.如权利要求14所述的全尺寸叶片刚度检测方法，其特征在于，所述步骤S24包括：
将每一所述测试点的挠度对应与所述待测叶片上对应截面的所述理论挠度进行对比，得到所述待测叶片的每一测试点位置处的刚度偏差，所有所述刚度偏差处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为合格；所有所述刚度偏差中任意一个刚度偏差不处于-7％～+7％范围内时，所述检测结果为不合格。
16.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现权利要求1至9或权利要求10至15中任一项所述的方法。
17.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至9或权利要求10至15中任一项所述的方法。
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张晓艳等: "基于面曲率变化的模型桥损伤识别方法研究", 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 *

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