北京鑒衡認(rèn)證中心有限公司葉片認(rèn)證工程師王欣榮在設(shè)計(jì)優(yōu)化運(yùn)維專(zhuān)場(chǎng)做了題為《葉片疲勞試驗(yàn)加載方案優(yōu)化方法的研究》的演講。以下為演講內(nèi)容實(shí)錄：

北京鑒衡認(rèn)證中心有限公司葉片認(rèn)證工程師王欣榮
 

　　葉片全尺寸疲勞試驗(yàn)根據(jù)IEC61400—23標(biāo)準(zhǔn)，葉片型式試驗(yàn)中應(yīng)該包括疲勞試驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的葉片廠商采用的多電配重等幅共振方法進(jìn)行。這種方法技術(shù)難度不是太高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。

 

　　實(shí)驗(yàn)的一個(gè)基本目標(biāo)是在特定的區(qū)域內(nèi)，讓實(shí)驗(yàn)載荷達(dá)到預(yù)先的目標(biāo)載荷。同時(shí)限定整個(gè)全葉片的超載情況。如果超載過(guò)高的話會(huì)導(dǎo)致葉片的不可預(yù)期的損壞。疲勞試驗(yàn)耗時(shí)比較長(zhǎng)，所以要求在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成疲勞試驗(yàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

 

　　對(duì)于葉片疲勞試驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)，我們采用的有限元梁模型以及諧響應(yīng)分析方法，在特定頻率下葉片試驗(yàn)彎矩的設(shè)計(jì)由梁各截面的中心位置、主軸方向、線密度、扭轉(zhuǎn)剛度和基于主軸的彎曲剛度。這些都可以來(lái)自葉片的模型。采用這種模型計(jì)算的話，一個(gè)算力大約算一次2—3秒就可以算出來(lái)。

 

　　下面針對(duì)不同的設(shè)計(jì)參數(shù)做一下參數(shù)討論，現(xiàn)在第一組情況是單純一個(gè)激振點(diǎn)，沒(méi)有配重點(diǎn)的情況下，激振點(diǎn)的位置對(duì)超載比例和負(fù)載區(qū)域的影響，這里面重量越重，位置越遠(yuǎn)離葉根，在不同的位置上影響效果，對(duì)參數(shù)的敏感性不一樣。這個(gè)是激振點(diǎn)位置和重量對(duì)于覆蓋區(qū)域的影響，這兩個(gè)曲面中間夾持的區(qū)域使實(shí)驗(yàn)載荷能夠大于目標(biāo)載荷，滿足實(shí)驗(yàn)要求。基本看出這幾張圖都是相對(duì)單調(diào)的關(guān)系，參數(shù)的大小關(guān)系相對(duì)比較明確。

 

　　下面討論一個(gè)激振點(diǎn)，然后后面跟著一個(gè)配重點(diǎn)的方式。同樣是先討論配重點(diǎn)位置和激振點(diǎn)位置對(duì)超載比率和超載區(qū)域的一個(gè)影響曲面。可以看出從負(fù)的超載系數(shù)到超載150%這個(gè)范圍的變化還是挺明顯的。但是激振點(diǎn)如果靠近葉根的話，配重點(diǎn)的位置對(duì)于超載的影響就不是太敏感了。

 

　　下面是配重重量和激振重量對(duì)于超載系數(shù)以及覆蓋區(qū)域的影響。基本上確定是一個(gè)單調(diào)的關(guān)系，現(xiàn)在討論配重點(diǎn)更靠近葉根，隨后是激振點(diǎn)。當(dāng)激振點(diǎn)靠近葉根的時(shí)候，配重點(diǎn)的影響比較小，就是參數(shù)不敏感，包括超載比例的影響都不敏感。

 

　　這個(gè)是同一種配置方式，配重點(diǎn)重量和激振點(diǎn)重量，對(duì)于超載系數(shù)和覆蓋區(qū)域的影響。同樣配重重量對(duì)于過(guò)頻率和超載比例敏感度比較小，然后激振點(diǎn)重量會(huì)顯著影響這兩個(gè)目標(biāo)參數(shù)。

 

　　目前進(jìn)行的兩個(gè)參數(shù)組合的討論，但是針對(duì)于激振點(diǎn)的位置以及重量，有可能達(dá)到4個(gè)乃至6個(gè)參數(shù)。目前的這種曲面的方式已經(jīng)直觀地進(jìn)行表達(dá)了。所以說(shuō)我們迫切地需要能夠快速地去優(yōu)化這些參數(shù)的最佳位置，能夠去完成這個(gè)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

 

　　現(xiàn)在設(shè)定一個(gè)目標(biāo)函數(shù)使得系統(tǒng)、包括激振點(diǎn)系統(tǒng)的過(guò)頻率最大，設(shè)定激振點(diǎn)和配重點(diǎn)的位置為變量，固激振頻率為固定百分比，還有偏心系統(tǒng)的擺臂的長(zhǎng)度。

 

　　這個(gè)下面是設(shè)計(jì)變量所要滿足的運(yùn)輸條件，所有的激振點(diǎn)位置和配重點(diǎn)位置應(yīng)該在特定的一個(gè)區(qū)間內(nèi)，然后滿足位置的一個(gè)相互關(guān)系。他們的激振點(diǎn)重量和配重點(diǎn)重量，然后滿足一個(gè)常數(shù)的線性關(guān)系。在特定的區(qū)域內(nèi)實(shí)驗(yàn)彎矩要求大于或者等于固定彎矩，實(shí)驗(yàn)彎矩應(yīng)該不能超過(guò)特定的比率。

 

　　優(yōu)化算法采用MATLAB的優(yōu)化工具箱實(shí)現(xiàn)，這是它的界面，可以選擇特定的優(yōu)化方法、優(yōu)化算法、約束條件，包括它的收斂準(zhǔn)則。優(yōu)化程序的執(zhí)行原理是MATLAB在每次迭代的時(shí)候去完全ANSYS計(jì)算，每一次去更新激振點(diǎn)和配重點(diǎn)的重量位置，然后這個(gè)黑箱去返回試驗(yàn)彎矩和過(guò)頻率。

 

　　這是下面我做的一個(gè)算力，就是約束了激振點(diǎn)位置和配重點(diǎn)位置、激振點(diǎn)重量和配重點(diǎn)重量，包括超載的比率和超載區(qū)域，包括約束范圍，還有一些固定條件。

 

　　這個(gè)是我設(shè)定初始條件以后優(yōu)化的一個(gè)結(jié)果。激振點(diǎn)30米，配重點(diǎn)50米，然后激振點(diǎn)3噸重，然后配重點(diǎn)0.2噸。偏心塊350公斤，在超載不到50%的情況下，過(guò)頻率達(dá)到5.89%，這樣的優(yōu)化滿足我預(yù)先設(shè)定的條件。

 

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