GBT25384-2010风力发电机组风轮叶片全尺寸结构试验.pdf 54页

'ICS27．180F11囝园中华人民共和国国家标准GB／T25384—2010风力发电机组风轮叶片全尺寸结构试验TurbinebladeofwindturbinegeneratorsystemsFull—scalestructuraltestingofrotOrblades(IECTS61400一23：2001，WindturbinegeneratorsystemsPart23：Full—scalestructuraltestingofrotorblades，MOD)2010—11—10发布2011—03—01实施宰瞀鹛鬻瓣警矬瞥星发布中国国家标准化管理委员会仅19 标准分享网www.bzfxw.com免费下载前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·“IEC引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯1范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯-2规范性引用文件⋯-3术语和定义⋯⋯⋯·4符号⋯⋯⋯⋯⋯⋯·5总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯·5．1试验目的·⋯⋯⋯5．2极限状态·⋯⋯⋯5．3试验中的限制因素5．4试验结果⋯⋯⋯·6叶片数据⋯⋯⋯⋯-6．1总则⋯··⋯⋯⋯·-6．2外形与接口尺寸-6．36．46．56．66．76．86．9叶片特性材料数据设计载荷和条件测试区域⋯⋯-叶片特殊处理·叶根连接部位⋯机械装置⋯⋯⋯7设计与试验载荷条件的差异⋯⋯⋯7．1总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯·⋯·7．2加载⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯····-7．3弯矩和剪力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7．4挥舞方向和摆振方向载荷的合成7．5径向载荷⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯··7．6扭转载荷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7．7机械装置⋯⋯⋯···⋯⋯⋯⋯⋯⋯7．8环境条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7。9载荷谱和加载顺序⋯⋯⋯⋯⋯⋯8试验载荷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8．1总则⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯--8．2载荷基试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8．3强度基试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8．4静力试验载荷谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8．5疲劳试验载荷谱⋯⋯⋯⋯⋯·⋯一8．6静力试验和疲劳试验顺序⋯⋯⋯目次GB／T25384—2010VⅥ●●●400，880¨如¨M¨m¨unun地心地抱nH“¨● www.bzfxw.comGB／T25384—20108．7机械装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-9试验载荷系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·9．1总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-9．2设计中使用的局部安全系数⋯⋯⋯-9．3试验载荷安全系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-9．4确定目标载荷时所使用的载荷系数-10试验载荷分布相对于设计要求的评估10．1总则⋯⋯·⋯⋯··⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯10．2加载的影响⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··10．3静力试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯10．4疲劳试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·11失效模式···⋯⋯⋯···⋯⋯⋯⋯⋯⋯·11．1总则⋯··⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·11．2灾难性失效⋯⋯⋯·⋯·⋯⋯⋯⋯·-11．3功能性失效⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·11．4表面失效⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-12试验程序和方法··⋯·⋯·⋯·⋯⋯⋯··12．1总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯···⋯⋯·-⋯··12．2试验台与叶根固定装置···⋯··⋯t·12．3加载装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·12．4静力试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯···⋯⋯12．5疲劳试验⋯⋯⋯···⋯⋯⋯⋯⋯⋯-12．6推荐豹试验方法的优缺点⋯⋯⋯·12．7试验载荷的修正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·12．8数据采集⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13确定叶片特性的其他试验⋯⋯⋯⋯·13．1总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-13．2试验台变形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·13．3叶片挠度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·13．4刚度分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·13．5应变分布测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·13．6固有频率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·13．7阻尼⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13．8振型⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13．g质量分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·13．10蠕变⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯13．11其他非破坏性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯·13．12叶片解剖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·14组件试验⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·14．1总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯14．2组件的定义⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14．3组件的作用类别⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一14．4组件试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·Ⅱ¨坫¨坫¨¨¨""拈加盟船舱毖孙弘拈孙髂孔弘卵拈船∞∞∞∞∞如札nn钉n札弛弛∞解船弛 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010H．5验证程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3314．6加载方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·3314．7替代性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3315试验报告⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3415．1总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯·3415．2试验报告内容⋯⋯·⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯35附录A(规范性附录)局部安全系数的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯·⋯⋯··36附录B(规范性附录)疲劳公式对评估的影响-⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯37附录c(规范性附录)加载角度变化的影响与补偿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯39附录D(资料性附录)试验设备示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯···41D-1液压加载器⋯⋯⋯⋯⋯·⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-41D．2偏心旋转质量⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～43D．2．1总则⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯，⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯···⋯··43D．2．z试验装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯···⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯·43D．2．3建立加载⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43D．2．4试验控制问题⋯··⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“D．3凸轮⋯⋯-·-·-·-⋯⋯---··⋯·⋯⋯···⋯⋯⋯⋯···⋯-·-⋯--⋯⋯·⋯⋯⋯⋯···⋯-·⋯·⋯⋯-·-·-⋯·一44D．4静力试验加载装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯·44参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯·⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯··48Ⅲ www.bzfxw.com刖置GB／T25384—2010本标准修改采用IECTS61400一23：2001《风力发电机组风轮叶片全尺寸结构试验》(英文版)。本标准根据IEcTS61400-23：2001重新起草。考虑到我国国情，在采用IEcTs61400一23：200l时，本标准做了如下修改：——增加了第14章组件试验，原来第14章试验报告顺延为第15章；——增加了定义：3．2摆振方向(风轮坐标系)lead_lag；——删除了定义：3．17向内、3．18超前滞后、3．23向外。为了便于使用，本标准做了下列编辑性修改：a)将“本技术规范”一词改为“本标准”；b)用小数点“．”代替作为小数点的逗号“，”；c)增加了本标准前言。对于IEcTs61400—23：2001引用的其他国际标准中有被等同或修改采用为我国标准的，本标准用引用我国的这些国家标准或行业标准代替对应的国际标准，其余未有等同采用为我国标准的国际标准，在本标准中均被直接引用(见本标准第2章)。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国风力机械标准化技术委员会归口。本标准主要起草单位：中航惠腾风电设备股份有限公司。本标准主要起草人：田野、韩玉清、邢晓坡、田卫国、姜兆民、庄岳兴、赵建立。V www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010IEC引言风轮叶片是风力发电机组的关键部件。许多国家标准都在设计部分对叶片作了单独的规定，但是很少把叶片测试作为取得认证的必要条件。目前许多国家都有叶片试验室，每个试验室都独立开发了各具特色的试验设备、试验程序和术语，用于叶片的试验。尽管每个试验室的方法可能都有效，但在不同设备上执行叶片试验而获得的结果很难进行比较和评估。IEcTc88技术委员会第8工作组最初是想找到能被各个试验室普遍认可的试验方法，并在建立叶片试验标准的过程中给予指导。然而由于各试验室使用的试验方法较多(因为试验系统硬件决定试验方法)，制定一个限制性标准支持一种方法而排斥其他方法是不合理的。所以，后来就编写了本技术规范，对推荐的各种试验方法提供指南。本规范包括了许多不同的试验方法。不应该把本规范收录的所有试验都视为每个叶片设计所必需的。所需试验项目取决于设计评估中因采用新材料、新设计理念、新生产工艺等产生的不确定度，以及对结构完整性的可能影响。一般采用推荐的试验方法进行试验(见附录D)，本规范给出了这些方法的优缺点。Ⅵ www.bzfxw.com风力发电机组风轮叶片全尺寸结构试验GB／T25384—20101范围本标准规定了风轮叶片全尺寸结构试验的总则、叶片数据、设计与试验载荷、试验载荷系数、载荷分布、失效模式、试验程序和方法及叶片特性的其他试验和组件试验。本标准适用于风轮扫略面积大于或等于200m2水平轴风轮叶片的全结构试验。本标准中的绝大部分原理可适用于任何结构、尺寸和材料的风轮叶片。2规范性gl用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB／T2900．53—2001电工术语风力发电机组(IEc60050一415：1999，IDT)GB18451．1—2001风力发电机组安全要求(IEC61400一1：1999，IDT)GB／T270252008检测和校准实验室能力的通用要求(IsO／IEc17025：2005，IDT)IsO2394：1998结构可靠性的一般原则3术语和定义GB／T2900．53所确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3．1pⅣ公式s_NformulatioⅡ用来描述材料、部件或结构的应力(s)与循环次数(N)关系特性的一种方法。3．2摆振方向(风轮坐标系)l∞d_Iag与风轮扫掠面平行且与未变形叶片的纵轴垂直的方向。3．3摆振方向(叶片削面坐标系)edgewi∞与当地弦线平行的方向。3．4变幅加载variable锄pIitudel∞diⅡg通过施加非恒定平均值、非恒定周期变程的方式使试验对象经受相应载荷循环次数的方法。3．5等幅加载comta：ntamplitudel∞diⅡg在疲劳试验过程中，以恒定的幅值和平均值施加循环载荷的方法。3．6点载荷pointloading分散施加在不同展向位置上的一个载荷或一系列载荷。】 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—20103．7非破坏性试验nomd晒tructivet鼯ting(NDT)不改变结构性能的检验方法。3．8分配粱whimetr∞把集中载荷分配到试验件上的多点加载的一种装置。3．9刚度stiffne∞载荷的变化与弹性物体对应的位移变化之比。3．10工作载荷se“icel∞ds代表实际工作条件的载荷谱，包括顺序。3．”固定装置fixtⅡre给试验件加载或支撑试验件的部件或装置。3．12固有频率natumlfrequ蚰cy当结构受扰动并自由振动时表现出来的频率。3．13挥舞方向(风轮坐标系)napwise与风轮未变形叶片轴线扫过的面垂直的方向。3．14挥舞方向(叶片剖面坐标系)aatwise沿叶片轴线分布并垂直于局部弦线的方向。3．15厚度thickness在翼型上下表面之间垂直于弦线方向测得的最大距离。3．16极限强度uIti瑚testrength材料或结构最大(静力)承载能力的一种量度。3．17加载器actutor一种能被控制、可以施加恒定载荷或变化载荷与位移的装置。3．18静力试验statictest对试验件施加大小恒定、方向不变的指定载荷的试验。3．19径向位置ndialp∞iti∞在与风轮旋转轴垂直的平面内，某点到轮毂中心的距离。3．20局部安全系数partialsafetyfactoⅨ考虑代表(特征)值的不确定度时用于载荷和材料强度的系数。 www.bzfxw.com3．213．223．233．243．253．263．273．283．293．303．313．323．333．34模态试验modalt∞ts用来确定结构的固有频率、阻尼和振型的试验。扭转twist叶片剖面弦线的角度在展向的变化。疲劳公式fatiguefoI∞ulation用以估算疲劳寿命的方法。疲劳强度fatiguestrength材料或结构承受交变载荷能力的度量。疲劳试验fatiguet∞t给试验件施加等幅或变幅循环载荷的试验。屈曲bucknng一种失效模式，其特征是随压缩载荷的变化其挠度呈非线性增加。全尺寸试验fuIl-scaIet$t在实际结构或部件上进行的试验。蠕变cr∞p在持续载荷作用下，应变随时间增加而增加的现象。设计载荷d∞i弘l∞ds在设计时确定的叶片应经受的载荷，包括适当的局部安全系数。测试区域testedarea试验对象上承受预定载荷的区域。试验载荷t∞tedl∞d试验过程中施加的力和力矩。弦长chord按常规定义，弦长为连接叶片翼形剖面前、后缘点的参考直线(弦线)长度。叶根hlader00t叶片上与轮毂相连的部分。叶片blade使风轮旋转并产生气动力的部件。GB／T25384—2010 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—20103．35应变stnin用以描述材料变形程度的力学量，线应变等于材料伸长量与原长之比，切应变等于材料直角单元的变化角度(弧度)。3．36应力比R-ratio一个载荷循环中最小值和最大值之比。3．37载荷包络load∞velope不同径向位置各个方向最大设计载荷的集合。3．38展向sp¨wi∞与叶片的纵轴平行的方向。3．39自重载荷tareloads由重力产生的力和力矩。4符号4．1英文符号FI挥舞方向剪力(风轮坐标系)F，摆振方向剪力(风轮坐标系)E径向力(拉力)(风轮坐标系)M；摆振方向弯矩(风轮坐标系)M，挥舞方向弯矩(风轮坐标系)舰叶片扭矩(风轮坐标系)Fa挥舞方向剪力(叶片剖面坐标系)F-摆振方向剪力(叶片剖面坐标系)F。径向力(拉力)(叶片剖面坐标系)^t摆振方向弯矩(叶片剖面坐标系)^乱挥舞方向弯矩(叶片剖面坐标系)M。叶片扭矩(叶片剖面坐标系)D理论损伤c材料强度转换系数，强度F载荷g强度参数4．2希腊符号y局部安全系数d应力4．3下标design设计载荷条件df设计载荷：疲劳du设计载荷：静力d www.bzfxw.com试验载荷中疲劳公式的不确定性载荷疲劳载荷静力载荷特征值材料失效后果疲劳失效后果静力失效后果叶片与叶片的差异：疲劳试验载荷叶片与叶片的差异：静力试验载荷目标载荷条件试验载荷条件静强度系数相对静强度系数最低静强度相对最低静强度疲劳应力系数相对疲劳应力系数最低疲劳强度相对最低疲劳强度风力发电机组GB／T25384—20105总则5．1试验目的风轮叶片试验的基本目的是在一个合理的置信度下证明：按相应标准制造出的一种型号叶片，在特定极限状态下具有所规定的可靠性。或者更确切地说是为了验证叶片不会达到指定的极限状态。由此证明叶片具有其设计规定的强度和使用寿命。在试验中应证明：叶片在设计使用寿命内能够承受设计规定的极限载荷和疲劳载荷。本标准中涉及的全尺寸试验是在少数试验件上进行的，由于只用一到两片叶片试验，因此不能获得产品叶片的强度统计分布。尽管试验能够对相应叶片型号提供有效的信息，但它不能替代严密的设计方法，也不能代替叶片批量生产中的质量保证体系。5．2极限状态为了确定和评估试验载荷，应要了解一些设计知识。叶片的设计通常遵照某些标准或准则，比如GBl8451．1，它依据Is02394的原则确定极限状态和局部安全系数，以获得相应的设计值。简单地说：极限状态就是结构承受最大载荷的情况下仍能满足设计要求的状态。局部安全系数体现了各种不准确度，选用局部安全系数是为了使结构达到极限状态的概率低于规定的值。因此，如果叶片承受试验载荷(根据设计载荷确定)时未达到极限状态，则认为叶片通过了试验。试验载荷代表值应高于设计载荷，以计人诸如环境影响、试验不确定度和制造差异等的影响(见第9章)。应确定极限状态的实际界限，因为这种界限可为试验叶片的强度提供一种实际安全性的度量。但这些值不容易分析，应使用概率方法才能确定。5t，rF‘LrruLv～gt坤FS琵nf{1Evrd，饪h。。。缸。“。一雠一|||一|耋一肿一一一一 www.bzfxw.com标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—20105．3试验中的限制因素在实施这些试验时会受到许多技术和经济方面的制约。主要原因是：——叶片上的分布载荷只能近似地模拟；——试验时间通常需要一年左右；——只能对一片或少数几片叶片进行试验；——某些失效难以发现。由于上述限制因素，叶片试验需要采取一些折中方式，使最终试验结果能够用于确定叶片极限状态的评估。对试验结果进行整理分析时，应注意用于试验的叶片通常是批量生产中首批叶片中的一片，试验前会对它进行局部加固等修改工作，但有时很小的修改也可能影响试验的有效性。5．4试验结果设计载荷是确定试验载荷的基础，也是试验完成后对试验载荷的作用强度进行评估的基础。如果在试验过程中叶片未发生任何损坏，试验完成后对叶片结构和试验载荷也进行了正确的评估，则表明叶片设计满足要求。不过，应注意在试验中哪些已进行了试验验证，哪些没有经过试验验证。5．4．1经过试验验证的项目根据设计计算结果，叶片应具有承受设计载荷的能力。在设计计算时应进行了以下假设：一应力或应变是由准确计算或保守估算确定的；一所有相关材料、零件的强度和抗疲劳等级是经过准确地或保守地估算确定的；——用于强度计算的强度和疲劳公式是准确或保守的；一叶片生产是按照设计进行的。在作为最终设计验证的全尺寸试验过程中，可同时验证上述假设的正确性。如果叶片在试验过程中失效，则说明至少违背了上述假设中的一项。应进行分析研究，以确定造成失效的原因。当叶片通过了试验并且没有发生意外或严重损坏时，则说明在设计和制造过程中没有导致安全隐患的严重错误。但并不能证明叶片在设计和制造上就绝对没有问题。因为全尺寸试验不能模拟实际工作情况，设计假设中的错误可能会在当前的全尺寸试验中互相抵消。5．4．2未经试验验证的项目在全尺寸试验过程中，下列内容没有进行试验验证：——设计载荷的有效性；——试验过程中不同环境条件的影响；——试验结果的分散性；——制造或设计中可能发生的改变。6叶片数据6．1总则叶片通常由图样、标准和零件清单来描述，并且应有装卸、吊装和存放的说明书。对于叶片试验件，应有可追踪的设计和制造证明文件，如图样、参考铺层表和签字的检验报告等。叶片本身应有唯一的标识。尤其是当叶片试验件与批生产叶片之间存在差异时，这些差异应明确地用文件资料说明。完整详细地描述叶片需要大量的数据，以供不同阶段使用。例如试验室应用叶片基本尺寸数据来确定叶片能否在试验台上安装，而评估和试验阶段还需要更详细的材料数据。下面来说明这些数据的基本种类。6．2外形与接口尺寸叶片的尺寸应使用图样加以说明，应至少给出下列数据(见图1所示)：6 GB／T25384—2010BL一～叶片长度；TeL——最大弦长位置；LGc一最大弦长{L95蹦一L一一95％长度位置；L95蹦一c——95“长度位置的弦长；TBL一叶尖刹车位置距叶根距离D1一叶根内径；B。z￡一螺栓型式；D2一一叶根外径；Ⅳ“m6Pr一螺桂数量；BHc螺孔节圆直径；s僻L1一承剪腹板起始位置；S僻L2——承剪腹板终止位置；s僻cPl～一承载腹板起始位置距前缘距离s僻cP2一承载腹板终止位置距前缘距离L长度位置；C一一弦长；了’～厚度；丁Ⅳ扭角。围1表达叶片外形和接口尺寸的样图——叶片长度(从叶根到叶尖)。——螺栓型式与叶根接口尺寸。一一弦长和扭角分布。为了确定试验所需的空间和设备，应提供预计的叶片最大挠度和载荷。6．3叶片特性为了进行试验和评估，应详细说明下列内容：——剖面几何尺寸。包括载荷作用剖面在内，叶片上至少应有5个分布合理的位置剖面——内部主要零件的位置和特性；——所用材料(见6．4)；——材料分布；——主要制造工艺的特性；——层板和夹芯结构的构成；——钢和金属件；——紧固件；——胶接件；——在叶片上分布合理的至少5个剖面的下列特性： 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010a)弹性范围；b)主弯曲刚度；c)主要轴线位置；d)扭转刚度；e)剪切中心。——总质量和质量分布；——重心位置；一固有频率(挥舞方向和摆振方向的1阶和2阶，扭转方向1阶)；——主要参数公差。对于强度基的试验来说，应给出每个选定剖面的强度。6．4材料数据应给出叶片测试区域所用材料的相应强度、疲劳公式及弹性特性。对予疲劳试验来说，还应包括适当的S_N公式、循环计数方法、损伤累积模型、应力比影响等。6．5设计载荷和条件6．5．1总则对于某一具体载荷工况来说，通常是将叶片上分布的气动和惯性力矩简化为沿叶片展向分布的几个集中力作为试验载荷。对载荷基试验(见8．2)，应具体说明叶片设计载荷，而强度基试验(见8．3)则不需要说明设计载荷。应说明使用的标准及设计载荷中采用的所有局部安全系数。6．5．2载荷工况沿叶片展向选取足够多的作用位置，每种设计载荷工况都应在相应的作用位置上用6个载荷分量(Fl、F，、E、MI、M，、M：)来定义，以准确评估被测试临界区域的试验载荷。应给出包括相应相位和频率特性的6个载荷分量的值以确定组合的载荷工况”。不是所有载荷都是同等重要的，也不会在试验过程中施加所有的载荷(见第7章)。应明确载荷分量所采用的坐标系，一般可以使用弦线坐标系(见图2)，也可以使用风轮坐标系(见图3)。在叶片试验中建议使用图3所示的风轮坐标系。6．5．3环境条件除载荷外，对影响材料特性的试验条件(如湿度、温度)以及设计运行条件的假设，均应给予说明。6．5．4机械部件作用于叶尖制动器等关键部件上的载荷，其特性通常与叶片的一般载荷不同，应根据需要进行附加的技术说明和特定的试验(见8．7)。6．6测试区域任何一个试验都不可能理想地给整个叶片施加全部载荷，但应对临界区域施加试验载荷。叶片上可能的临界区域有：叶片最大弦长位置附近区域，这部分的剖面特性是逐渐变化的；——在叶片上屈曲、强度或疲劳寿命计算中储备系数最小的部位；——与气动刹车装置相结合的部位，尤其是受此设备影响的结构区域。应具体说明需要试验的区域。6．7叶片特殊处理可以根据试验需要对叶片进行特殊处理。在疲劳试验过程中，为了在可接受的时间内完成试验，应将载荷放大，而放大后的疲劳载荷可能会导致非测试区域的损坏。这时就需要考虑对叶片进行特殊处理。有时也会因加固载荷作用剖面而对叶片进行特殊处理。对叶片进行的所有特殊处理都应具体说明。1)当6个载荷分量按时间序硝给出时，其组合会自动完成。 图例：n，6，c——叶片微段方向矢量5Fb——摆振方向剪力Ma——摆振方向弯矩；F。——叶片径向力；^乱——挥舞方向弯矩；1——扭转变形；Mc——叶片扭矩；2——挥舞方向变形F-——挥舞方向剪力；3——摆振方向变形图2剖面(flatwise，edgewise)坐标系z，y，：——叶片微段方向矢量M。——摆振方向弯矩；M，——挥舞方向弯矩；^t——叶片扭矩，FI——挥舞方向剪力；F，——摆振方向剪力；FI——叶片径向力；l——挥舞方向变形；2——摆振方向变形。图3风轮(订apwise，lead_Jag)坐标系(首选)GB／T25384—20109 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—20106．8叶根连接部位当需要对叶根部位进行试验时，应说明叶根部位的装配细节，包括螺栓规格及其拧紧步骤、夹紧长度和轮毂刚度等。6．9机械装置当试验与机械装置相结合的结构区域时，应随叶片一起提供加载工装或夹具。应提供装配、定位和配置机械装置或加载夹具所需的所有辅助数据。7设计与试验载荷条件的差异7．1总则叶片设计载荷包括下列载荷分量：一一挥舞方向弯矩；——摆振方向弯矩；～一挥舞方向剪力；——摆振方向剪力；——叶片扭矩；——叶片径向载荷。实验室的试验有其局限性，在试验中，无法同时对叶片施加所有载荷分量，也无法建立与设计条件相同的试验条件。另外，在疲劳试验中，为了使叶片在合理的试验周期内受到足够的疲劳损伤，应使试验载荷大于设计载荷来加速疲劳试验。在试验中还应考虑与理想加载的其他差异，如施加的集中载荷、增加的剪力载荷和扭转载荷等；另外，也无法对叶片的所有部分进行均等地试验。尽管加载被简化了，但至少应对所关心的区域进行试验。许多情况下，由于试验条件与载荷或强度计算中假定的环境存在着差异(即实验室环境通常不同于设计和运行环境)，因此应对试验载荷进行修正。合适的修正系数关系到试验的判断和评估，选取方法详见第9章和第10章。下面将论述设计与试验载荷条件之间存在的具体差别。7．2加载在试验过程中，加载通常是对叶片的某些剖面施加集中载荷(见12．3)。由于载荷集中，而且加载剖面有可能被加固，阻止了剖面的正常变形，从而导致叶片局部剖面应力的改变。因此，加载点应远离确定的测试区域(见6．6和10．2)。7．3弯矩和剪力在试验中，载荷通常施加在有限的几个剖面上，而理想的试验载荷是连续的。因此叶片上各剖面的弯矩(见图4)和剪力与其在理想试验载荷作用下的分布是不同的。增加加载点的数量可以改善这种情况，但同时也增加了叶片上不能被准确试验的区域(见7．1和10．2)。尽管如此，试验时叶片展向上的弯矩和剪力分布要尽可能接近设计载荷分布状态。一般情况下，应优先保证弯矩分布接近设计载荷分布状态。7．4挥舞方向和摆振方向载荷的合成在静力和疲劳试验中，当施加挥舞方向和摆振方向的合成载荷时，其结果最具有代表性。只单独施加挥舞方向或摆振方向弯矩时，在叶片某些区域上产生的应力、应变及损伤累积可能比设计值小。特别是当应力、应变与载荷呈非线性关系且在评估试验载荷中又未考虑这一点时，其评估结果的准确性一般会比同时施加挥舞方向和摆振方向载荷时的准确性小。】0 GB／T25384—2010圄4理想试验弯矩分布与实际试验加载时弯矩分布的差异7．5径向载荷运行中风轮叶片上的径向载荷是由重力和离心力引起的。在不明显地改变叶片结构的情况下，一般无法对试验件叶片施加一个均匀分布的离心载荷。由轴向载荷引起的应力相对较小。径向载荷与弯矩的组合作用可能会很显著(例如：对于叶根固定装置)，这时可通过适当地调整弯矩分量来补偿。7．6扭转载荷多数情况下，作用在叶片上的扭矩很小，可以忽略不计。当需要考虑扭转载荷时，则应施加这一载荷。试验加载装置通常都会产生附加的扭转载荷(见12．7．3)，对这一影响应予以评估。7．7机械装置位于叶尖部位的机械装置的动态环境相当复杂。在这些区域，轴向载荷起主导作用，而且不能忽视。在试验台上无法施加轴向载荷的情况下，对机械装置的结构连接部位进行的试验会不准确。因此，应建立能够施加轴向载荷的特殊试验装置。当然，对这种机械装置的结构连接部位进行的试验通常仅局限于设计载荷的最重要分量，以免造成更复杂的影响。7．8环境条件试验过程中的环境和时间条件不同于设计情况，这些条件包括：——湿度；——温度影响；一一紫外线辐射；一老化(疲劳和时间的相互作用)；一一灰尘I——盐分；——化学污染。在评估中要通过使用同时适合设计和试验的强度与疲劳公式来考虑这些因素的影响。但在试验中无法检验各种条件下的不同设计公式的有效性。】】 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—20107．9载荷谱和加载顺序设计载荷通常是根据实际随机载荷中的一组载荷工况确定的，每种载荷工况对应不同的载荷循环。为了使试验切实可行，要将设计载荷进一步简化为试验载荷。试验载荷可以是限制振幅变化的变幅载荷，也可以是恒幅载荷，而且试验载荷的循环次数也远小于设计载荷的循环次数。由于载荷循环次数的减少以及其他影响，试验载荷的幅值和平均值要高于设计载荷，因此，试验载荷谱与设计载荷有很大的差别。如果不考虑这些差别，试验载荷与设计载荷的作用强度是同等的，最终结论将取决于疲劳公式的精确性(见9．3．2和附录B)。另外，试验载荷与设计载荷相应的循环次数的施加顺序也不相同。载荷循环次数的施加顺序影响通常在疲劳公式中不予考虑，这是因为其影响程度总是不能充分确定，即使能确定，考虑起来也相当复杂。8试验载荷8．1总则应详细说明设计载荷或设计强度以确定试验载荷。试验载荷可以是载荷基的也可以是强度基的。载荷基试验可使用完全设计载荷包络或选定的载荷工况。载荷包络试验通常作为认证程序的一部分，其目的是为了证明叶片能承受预定的载荷而不失效。载荷包络试验应包含对试验载荷的试验前评估，详见第10章。选定载荷试验以某些选择的载荷分布为基础，强度基试验以计算所得的叶片强度数据为基础。在这两种试验类型中，通常由设计者或制造者给叶片加载至其破坏以确定其实际承载能力(详见参考文献[2]2’)。8．2载荷基试验8．2．1设计载荷包络试验8．2．1．1总则这项试验用以证明试验叶片在某一置信度下能够满足其运行或极限载荷条件的结构设计要求，主要目的是为了证明叶片能够承受给定的载荷而不发生破坏，所以不要求将叶片试验到破坏状态。不同的载荷条件，载荷方向也不相同，因此，用单次试验不可能代表对试验件叶片进行所有的载荷工况和作用位置的试验。试验载荷的基础是根据GB18451．1或其等效标准确定的叶片完全设计载荷包络，这类试验是设计验证的逻辑最小值。为了确定恰当的试验载荷，需要使用第9章中的系数来修正载荷。对这些系数在载荷包络试验中的评估应在试验之前完成。见第lo章。8．2．1．2静力试验在静力试验中，考虑到所制造叶片的总体差异以及试验室和设计环境条件的差异，叶片应按作用强度最大的设计载荷情况进行加载。由于不希望在设计载荷包络试验过程中损坏叶片，因此，可以用几次连续的试验来充分验证试验叶片。例如，如果需要用不同方向或载荷分布来代表不同的极端载荷情况时，则可以依次对每一种情况分别进行试验；这种情况下，可以改变加载装置的位置和载荷大小，以保证叶片的所有相关区域都能被测试。8．2．1．3疲劳试验在确定的临界区域上，试验载荷应能够产生与设计载荷等效的疲劳损伤。为使疲劳试验切实可行，在试验中通常选择适当的疲劳试验载荷以缩短试验时间。为了试验环绕整个叶片剖面的区域，可以使用挥舞方向和摆振方向载荷的各种组合。确定最终试验载荷的详细方法和载荷系数详见第9章和第10章。2)方括号中的数据为参考文献。 GB／T25384—2010由于不希望在设计载荷包络试验过程中损坏叶片，因此，在完成疲劳试验之后，可进行非破坏性的静力载荷验证试验或加载至失效的残余强度试验。这是设计载荷包络试验的优势之一。8．2．2选定载荷试验叶片试验载荷可以根据选定的单个设计载荷情况获得。一般采用规则化分布的设计载荷把叶片试验到静力或疲劳破坏，这会得到在这些载荷作用下叶片最薄弱位置的作用载荷与失效强度之间的安全裕度。在不能准确知道叶片的强度分布或在试验前不进行全面的试验载荷评估时，可以使用这种方法。在进行这种试验之前，可进行不产生破坏的其他试验。例如，在载荷包络试验后确定剩余强度或在极限载荷试验后确定疲劳强度。连续或分级增加试验载荷可保证叶片适时发生破坏。通过试验后评估可确定叶片是否满足各种使用标准与相对于这些标准的安全系数。当完成设计载荷评估后，就会发现施加的试验载荷与载荷评估中要求的试验载荷并不是在叶片的所有加载位置上都成比例的，如果失效时的最终安全裕度很小，试验结果就没有说服力。另外，由于叶片会在试验过程中破坏，因此这种方法只允许试验一种载荷情况。如果试验的主要目的是为了证明叶片满足其设计要求，则应首先考虑载荷包络试验的方法。8．3强度基试验8．3．1总则强度基试验直接验证叶片强度，并用来改进设计计算评估及设计结果。这种方法可以确定叶片大区域内的最低强度位置(相对于预期强度)。在叶片选定区域，选用的载荷应与其强度成比例。强度分布测试区域的大小最终取决于强度分布的特性和试验设备的局限性。根据需要，在叶片大部分区域具备了相对于其预期强度的期望条件后，可施加到静力破坏或人们关注的疲劳载荷水平。如果要求的试验载荷类型不同于叶片设计所依据的载荷类型，例如，要对按疲劳运行载荷设计的叶片进行极限载荷试验(或者相反的情况)，此时强度基试验非常有用。这种情况下，叶片强度分布与不决定其设计的设计载荷工况有很大的差异。强度基试验的另一个目的是评定叶片中存在的大宗材料强度与已进行材料强度试验的小样件之间的强度减缩(即样本与母体之问的关系)。既然样件和成品叶片可在相似的受控实验室下进行试验，就可以获得一个受外部影响最小的评估；如果使用分配梁或其他多点加载方式，则可以通过选择载荷作用点使载荷曲线的形状与强度曲线的形状很好的吻合。如果使用单点加载，则选择合适的加载位置使所考虑区域内产生的载荷一预期强度比最大。应检查选定的测试区域以外区域的强度，以降低由于非测试区域的破坏而损坏试验样件的风险。如果有可能发生不期望的破坏模式，则应调整其载荷分布。相反，如果在同一试验中的多个区域内施加测试破坏强度的载荷，就可以确定强度最小的区域。强度基试验加载必然会在叶片展向产生较长的、应力值高且相对恒定的区域，因此，应变测量值在大范围内可能显示为几乎恒定的值。如果载荷施加于叶片结构不连续的地方，如内部层板中断的地方，则可监测到叶片内的最大应变；在性能更均匀的地方，可以确定其典型的体积应变；在每种情况中，均可利用这种在大范围内产生相对恒定应变的性能来帮助研究叶片的重要特性。8．3．2静力试验对强度基静力试验来说，应给出叶片抵抗选定方向作用载荷的展向强度分布。应保证加载方法不会导致局部失稳或产生不期望的附加剪力。如果试验目的是检验屈曲稳定性，采用方向适当的强度基加载就会形成大范围的高应力区域，并达到叶片稳定性极限的最大概率。8．3．3疲劳试验对疲劳试验来说，强度分布曲线应以作为展向位置函数的叶片计算疲劳性能为基础。结构中的层板中断、改变材料成分及其他结构细节对静力试验的影响可以忽略，但其对结构的疲劳影响应在试验中证明；这些细节会有不同的疲劳特性，因此，具有循环等级修正系数的单一强度曲线并不适合所有可能的试验。]3 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010如果不同材料类型或有不同疲劳响应的结构特性成为限制因素，则载荷方向的变化可改变失效模式及强度曲线。应注意保证强度曲线符合所进行试验项目的条件和定位。8．4静力试验载荷谱8．4．1载荷组台如果用叶片挥舞方向和摆振方向的载荷分量的组合来进行试验，则一个方向的最大载荷应与另一个方向的适当载荷(不一定是最大值)进行组合。在载荷包络试验中，每个方向上的最大载荷应与其他方向适当载荷进行组合，然后依次施加。应该注意的是，当某一合成载荷(数值不一定是最大的)正好施加在某一特殊方向上时，叶片最容易达到某种失效模式而损坏。在每一载荷组合作用下，叶片应在规定的载荷作用时间内承受住其最大载荷(见8．4．2)。8．4．2静力试验周期由于多数普通叶片材料的强度会随载荷作用时间的延长而减小，因此，试验载荷的持续时间应至少与设计载荷最大值的时间一样长。如果设计载荷资料为叶片的最大载荷提供了一个明确的持续时间，试验载荷和持续时间均应直接以此为依据。如果与设计载荷时问曲线相匹配的恒载持续时间难以确定，则建议其最小值为10s。不推荐使用比设计载荷持续时间更小的值，因为这需要引入和使用强度缩减系数，这会给试验结果的分析带来不良的不确定度。8．5疲劳试验载荷谱8．5．1试验周期的缩短为使试验切实可行，应该缩短试验时间。可按以下方法对设计载荷进行修正：——增大试验频率；一——略去无损载荷循环次数；——增大试验载荷。实际试验频率(范围从o．5Hz到5Hz)通常不会比设计载荷的实际频率高出多少。假设20m长的叶片设计载荷循环次数约为5亿次，以1Hz的频率进行试验大约要15年，这显然是不现实的；即使达到2Hz或3Hz，所需时间仍很长。因此，除了增大试验频率外，仍需要修正设计载荷。忽略无损载荷循环次数所造成的影响取决于材料特性(如，s—N曲线的斜率、疲劳极限等)，需要具体分析总循环次数中哪一部分可视为无损循环。通常要增大载荷使试验循环次数降至1千万次，对于更大的叶片，要降到更低。这是使试验尽可能接近实际情况与试验时间更为合理之间的一种折中方案。8．5．2载荷放大倍数和频率的限制由于上述原因，应对设计载荷进行放大以得到合适的试验载荷。由于载荷放大，应力和应变随之增加，理论上这会导致适当的等效疲劳损伤累积。但载荷放大是有限度的，应力或应变的最大值可能会超过材料的静强度，从而导致静力破坏或静力失效。此外，应力或应变值太高会导致力和应力之间的一般线性假设不再适用，比如在屈曲的情况下。结果是由此产生了在非放大载荷加载时不会产生的内力或结构位移，从而导致试验严重失真或者难以分析。因此，由于叶片上静强度和非线性的原因，在疲劳加载过程中对应力和应变的极限值都有实际限制。特别是在变幅加载过程中，采用较低的放大系数就可能达到这些极限值。在这种情况下，只有中等载荷循环次数可进一步增加，其结果是导致试验加载逐渐变为等幅加载(见图5)。增加疲劳载荷和试验频率的另一个问题是某些材料在高应力区会内部发热，这也会导致加速疲劳损伤。内部发热应保持在切实可行的最低程度，当不可避免地产生明显发热时，应监视和记录其温升以便分析其影响。】4 严重的设计工况实际掇限§：嘶：㈣GB／T25384—2010图5载荷放大的实际限制8．5．3加载类型疲劳试验有许多加载类型。如：——等幅加载；——分块加载；——变幅加载；——单轴加载；——多轴加载；——多载荷点加载。这些加载类型在第12．5．1中说明。8．6静力试验和疲劳试验顺序风轮叶片的疲劳试验可以在非破坏性静力试验(如载荷包络试验)之后进行，但这并不适用于诸如钢材等承受高载荷后疲劳性能反而改善的材料。建议在完成疲劳试验之后进行剩余强度试验。8．7机械装置某一机械装置及其机械接口的加载可以符合整个叶片加载情况，也可符合特定的装置工作情况。例如，一个处于工作位置的绕轴旋转叶尖可以在挥舞方向加载试验中被加载，或者在特定试验中对处于展开位置的叶尖加载(同时参见6．5．4和7．7)。在第一种情况下，机械装置及其机械接口是叶片结构载荷传递路径的组成部分，因此对试验载荷的一般考虑适用于任何可能相关的其他区域。对于机械装置处于其他情况下的(如叶尖处于制动位置)结构试验，则应考虑根据该情况进行适当的调整或试验。9试验载荷系数9．1总则试验时应考虑各种载荷系数，由设计引人的系数见9．2；另外，为了考虑试验方法的影响还要使用附加试验载荷系数，这些试验载荷系数见9．3。9．2设计中使用的局部安全系数9．2．1总则在设计计算中，一般按照IsO2394标准的规定使用局部安全系数(或系数)，它们是：k——材料局部安全系数；托——失效后果局部安全系数；计——载荷局部安全系数。在设计计算中需要使用这三个局部安全系数(k、L和n)。这三个系数的乘积是总体安全设计等】5 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010级的重要指标。在叶片试验中，只有计和h会影响试验载荷。在许多设计标准中，局部安全系数(k、L和yf)的乘积大小相近(详见参考文献[1])。只是有些标准中，这些局部安全系数中的一个或另一个会分配得多一些。对于设计而言，由于要使用所有的局部安全系数，并不受任何影响。但在试验中就不同了，因为只有靠和L两个系数对试验载荷起作用。关于这个问题，可以参见附录A中的说明，其中也给出了一个例子来说明如何处理这个问题。9．2．2材料局部安全系数材料局部安全系数y。通常体现结构中材料的实际性能与采用试验样件测得的材料性能之间关系的不确定性，即转换系数中的不确定性。换句话说，成品叶片中实际材料的材料强度和疲劳特性比强度和疲劳公式中所采用的试验件材料数据要低。试验载荷不能采用这一系数进行放大，因为试验叶片的材料是实际材料。材料转换系数考虑了结构中实际的材料条件与推导强度和疲劳公式的材料条件之间的具体差异。比如，这些转换系数有尺度影响、湿度、老化、温度等系数。在评估过程中使用适当的强度和疲劳公式即可将这些因素考虑进来(见第9．3．3和第10．4．4)。9．2．3失效后果局部安全系数失效后果局部安全系数L是反映结构重要性和失效后果严重程度的系数，其中考虑了失效类型的重要性”。使用这一系数的原因是对非失效安全型部件(如叶片)来说，要求比失效安全型部件具有更高的抵抗失效安全性。在这种情况下，就要求全尺寸疲劳试验反映这一附加安全要求，因此在试验载荷中应包括这些系数。9．2．4载荷局部安全系数在设计过程中，载荷局部安全系数n考虑了载荷中的不确定度。因此，叶片试验件应能够承受含有适当载荷局部安全系数的设计载荷。9．3试验载荷安全系数9．3．1叶片之间的差异通常在全尺寸叶片试验中仅试验一个样件作为最终设计验证，因此不能获得实际叶片强度的分散性。由于没有什么好方法可以确定被测试的叶片到底代表成品叶片分布的哪一部分，这就带来了一个问题：如果认为试验样件强度接近平均值，那么从低于设计强度的所有叶片中取出一片比平均强度值高的叶片试验件就会使人误解。但在全尺寸试验中，叶片大部分区域会承受相当于设计载荷的试验载荷，并且许多部件和区域要同时进行试验。这在某种程度上相当于在相似条件下对一些小样件进行试验并把最先失效的小样件的数据作为试验结果。从统计学上来说，这意味着通过叶片全尺寸试验得到的数据的平均值和分散性要比小样件试验的结果低。另一方面，由于损坏区域变得更有柔韧性而导致应力重新分布，会使叶片中的损伤累积减慢。因此，当叶片上的大片区域被同等严格地试验的时候，得到的试验结果会有较小的分散性。这一点在多轴加载试验中比在单轴加载试验中更接近实际。对于特定的叶片型号，如果没有适用的失效概率分布数据，推荐使用下列试验载荷系数：对静力试验：以。一1．1；对疲劳试验：Lr=l_1。9．3．2疲劳公式中的可能误差由于要把原始疲劳设计载荷转换成试验载荷，所以应评估试验载荷相对于设计载荷的作用强度符合性(见第10章)。这种对作用强度符合性的评估应使用适当的疲劳公式进行。试验载荷与原始设计载荷偏离越大(如等幅加载)，这种比较就越依赖于疲劳公式的准确性(见附录B)。补偿这一不确定度3)在一些规范中，可通过使用不同的载荷局部系数来考虑这一问题。 GB／T25384—2010的系数(应应用)如下：对疲劳试验：h一1．05。如果能证明试验载荷对设计载荷的评估几乎不受疲劳公式中特征值(如S_N曲线的斜率、应力比模式、加载顺序)变化的影响，则这一系数可以减小。9．3．3环境条件通常，试验台的环境条件比叶片实际工作条件及其设计条件要好一些。在许多强度和疲劳公式中，这些条件的影响可以用系数来表示，也可以在不同的条件下使用不同的强度和疲劳公式。由于试验条件优于设计条件，因此需要对要求的试验载荷值进行放大，合适的放大系数应通过对试验载荷分布的评估来校核。但这两种条件(即试验条件和设计条件)都需要使用合适的强度或疲劳公式(见10．4．4)。确定了环境影响的各个系数后，就可以依据这些系数确定设计载荷放大到等效的试验载荷所需的系数。9．4确定目标载荷时所使用的载荷系数包含载荷局部安全系数孔与失效后果系数L乘积的设计载荷与试验载荷系数L、以是确定试验载荷的基础。所得的结果称为目标载荷(F。。)。对于静力试验和疲劳试验这分别为：静力试验：F咐。=F“·yn。·y5。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)式中：F。。⋯——静力试验目标载荷；Fa。——设计载荷(包含载荷局部系数x)；L。——失效后果局部系数；y。——叶片之间差异局部系数。疲劳试验：F晰f—Fdf·Lf·以f·yef⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)式中：F。。t——疲劳试验目标载荷；F“——设计载荷(包含载荷局部系数孔)；Lr——失效后果局部系数；tr——叶片之间差异局部系数；h——疲劳公式误差局部系数。试验载荷理论上等于目标载荷。为了进行必要的修正(如循环次数的减小和不同的条件)，要求对载荷进一步放大。需要通过试验载荷分布评估来校核所需的放大值(见第10章)。10试验载荷分布相对于设计要求的评估10．1总则由于获得实际试验载荷时需要对目标载荷进行必要的修正，而且实验室内的条件不同于户外的使用条件，因此，试验载荷会与目标载荷不同(见8．4)。试验载荷的载荷分量分布及其相互之间的比值不同于目标载荷。由于试验应证明叶片能承受其目标载荷，因此应评估试验载荷。应校核在叶片的测试区域内，试验载荷的作用强度与目标载荷相等或更为强烈。因为试验载荷相对于目标载荷的作用强度在整个叶片区域上是变化的，所以，原则上应评估叶片上所有被试验位置上的载荷。在进行此评估时，应注意在第7章中所述的差异仍然存在。10．2加载的影响当试验载荷以集中载荷的形式作用在有限的几个位置(如加载器位置上)时，施加载荷的剖面会被17 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010干扰，而且剖面中的某一区域可能会被加载装置加强。因此，叶片的这些区域不能被正确地测试，也不会在分析和评估中考虑。被干扰区域的长度(纵向)可以通过计算或测量来确定。如果不进一步分析，可假设这一影响区域在加载装置的两侧各一个弦长的范围。10．3静力试验10．3．1总则下面给出评估静力试验载荷分布的两种方法。每种方法都可用来评估试验载荷与设计载荷相同的作用的一致性。10．3．2基于载荷分量分布的评估通过比较试验载荷与目标载荷相对应的六个载荷分量，评估试验载荷相对于目标载荷的作用强度。对于每个剖面来说，如果由试验载荷产生的作用于各剖面的力和弯矩大于由目标载荷产生的力和弯矩，则试验载荷比目标载荷的作用强度更大，这说明这些剖面已充分地进行了静力试验。但为了使试验切实可行，不能在试验中施加由设计载荷确定的所有载荷分量(见第7章)。而且不同的载荷情况会在叶片上产生不同的临界应力区。因此，基于载荷分量分布的评估并不总是令人信服的。10．3．3基于静强度系数的评估这一评估通过比较由设计载荷和条件得出的目标载荷静强度系数(ssF)与由试验载荷和条件得出的静强度系数(ssF)来完成。静强度系数(ssF)表达了基于应力或应变的静强度储备。静强度系数(ssF)定义如下：静强度系数(ssF)是用来与载荷或应力相乘以得到材料或结构设计强度的系数。对静强度系数(ssF)来说，可以给出下面的表达式：ssF=华一袅式中：，k——强度特征值；一——作用应力或应变等级；y。——材料局部安全系数。对于设计与试验的载荷和条件来说，此式分别变为：跚k*t。发sSRst一袅式中：吒。。——由目标载荷确定的应力或应变值；一。——由实际试验载荷确定的应力或应变值；，-“。——设计条件下的强度特征值；^⋯——试验条件下的强度特征值。通过比较由实际试验载荷和目标载荷得出的静强度系数(ssF)，可以获得基于载荷或应力或应变的试验载荷的作用强度。在某一具体位置，要使试验载荷至少与目标载荷的作用强度相同，则下式应成立：SSF。。≤ssFⅦ。它们之间的比值可以称为相对静强度系数(RssF)：RssF=鬻18 用(4)和(5)代人得：RssF：生!二垡dow·，k_”GB／T25384—2010在此系数等于或大于1的所有位置上，其试验载荷的作用强度至少与目标载荷相同。满足判别式RssF>1所需的应力或应变值可按下面的公式进行推断。根据公式(8)，如果试验载荷与目标载荷作用强度相同，则所需的最小应力或应变等级按下式计算：，吼。。t一口hWc÷—￡!L⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(9)Jbdem假定载荷和应力或应变之间是线性关系，则根据(1)式，一。。。可以由下式计算：口Ⅶ。t一4d∞·y。。·7。。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(10)式中一“一是由设计载荷确定的应力或应变。把(10)式代人(9)式中，则试验时所要求的应力或应变水平为口⋯一札m·L。·‰}生2J卜desIRn10．3．4基于最低强度要求的评估原则上，为了能计算静强度系数(ssF)，应事先知道有关零部件、材料的特征强度(^)及可能的应力集中。而对基于能承受作用载荷的最低静强度(^龉s)的评估，这些值就不需要了。最低静强度定义如下：最低静强度(MSs)是在规定的情况下承受作用载荷(应力或应变)等级所要求的特征强度的最低值。此值由下式给出：MSS一口·k⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(12)对目标载荷和试验载荷来说，此式分别变为：MSS。噼。一d岫。·靠／C捌盯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(13)MSS。一d。。·y。／C。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(14)式中：ca。。——从规定的参考条件到设计条件的变换系数；c。。一一从规定的参考条件到试验条件的变换系数。这些变换系数由下式给出：rc。。，。一等‘Ⅲ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(15)Jk_rd，cd。*=芍；生2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(16)JkMf通过比较由实际试验载荷和目标载荷得出的Mss值，可以获得基于应力或应变的试验载荷的作用强度。对于某一具体位置上至少与目标载荷作用强度相同的试验载荷来说，下式应成立：MsS。。≥MsSⅢ⋯⋯⋯⋯⋯⋯(17)最低静强度Mss的比值称为相对最低静强度R^侣S：一s一是代人(13)和(14)式得：RMss=垒生二兰妾亟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(19)0q韶t‘Lkn在所有位置上，如果此系数等于或大于1，则说明试验载荷与设计载荷的作用强度至少相同。对于所有载荷分量来说，在其应力集中系数相等的情况下，相对最低静强度RMss与实际值无关。19 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010为满足判别式RMss>1所需的应力或应变值可按下面的步骤进行推断。根据公式(19)，如果试验载荷与设计载荷的作用强度相同，则所需的最小应力或应变水平按下式计算：％。一‰。箬bd。*“把(10)式代人(20)式中，则可以给出试验期间所需的应力或应变水平的关系式一。一—。。。．yn。．以。；；量Ld∞Ⅵ“用(15)和(16)代人(21)式又会得到(11)式。10．4疲劳试验10．4．1总则在测试区域内，试验载荷相对于目标载荷的作用强度会发生变化。对疲劳试验来说，这就意味着在不同疲劳循环次数情况下可以实现试验载荷和目标载荷的等效作用强度。由于大部分材料的疲劳特性的原因，这种时间上的差别是很重要的，而基于载荷等级的差别是不明显的。当叶片某一测试区域在经受了与目标载荷相当的试验载荷试验之后发生失效，则认为此区域通过了试验。一般叶片试验可持续到其他区域达到同等的作用强度。但这仅适用于没有受到由损伤引起的应力重新分布影响的测试区域。在试验完成之后，通过考虑这些问题，可以验证哪些位置在达到所要求的性能之前已承受了等效或作用强度更强烈的疲劳载荷却没有失效。因此证明了这些位置具有足够的抗疲劳强度。应注意用于设计载荷和试验载荷的疲劳公式、材料局部安全系数不一定是相同的。对于试验和设计情况应分别使用各自适用的系数(见10．4．4)。10．4．2基于理论损伤的评估如果疲劳试验中叶片某一位置上的理论损伤(如迈因纳累积)等于或高于基于目标载荷的理论损伤，则其试验载荷的作用强度等于或大于目标载荷。这可表示为：D。。≥D。Ⅲ式中：D。。——由实际试验载荷引起的理论损伤；D。。——由目标载荷引起的理论损伤。10．4．3基于载荷或应力等级的评估10．4．3．1总则试验时没有失效并且在试验载荷作用下的理论疲劳损伤大于在目标载荷作用下的理论疲劳损伤的区域，已经被证明具有足够的疲劳强度。然而这两种损伤之间的系数很难解释，它没有清楚地说明试验载荷强到怎样的程度，这是因为损伤值本身并没有清楚地表明基于应力或应变的载荷作用强度。因此，应使用不同的系数来比较不同的载荷谱或基于载荷或应力／应变等级的疲劳公式，这些系数也可用来评估相对于目标载荷的试验载荷。这里给出了两种可能情况。选择哪一种取决于具体的设计计算方法。10．4．3．2基于疲劳应力系数的评估疲劳应力系数(FsF)o可以用来评估目标载荷相对于实际强度的作用强度。FsF定义如下：FsF。是与载荷或应力相乘而得到许用的损伤累积值D(一般取1)的系数。4)术语“应力储备系数(sRj叼”在参考文献[4]中用于比较不同设计计算的结果，由于不总是发现有储备，后来将其更名为疲劳应力系数(FsF)。 GB／T25384—2010疲劳应力系数FSF表示应力或应变等级基础上的疲劳强度储备。通过比较由实际试验载荷得出的和由目标载荷得出的疲劳应力系数(FsF)”，可以获得基于载荷或应力基础上的试验载荷的作用强度。对某一具体位置上至少与设计载荷作用强度相同的试验载荷来说，下式应成立：FsF：，。≤FSF‰。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(23)式中：Fsj絮。——根据实际试验载荷计算的疲劳应力系数值；FsF已。。——根据目标载荷计算的疲劳应力系数值。这两个疲劳应力系数的比值定义为相对疲劳应力系数：盯sF。一麓在这一系数等于或大于1的所有位置上，试验载荷至少与目标载荷的作用强度相同。10．4．3．3基于最低疲劳强度的评估为了计算疲劳应力系数(FsF)，原则上应事先知道有关零件和材料的疲劳强度和可能的应力集中。对零件进行基于能承受载荷作用的最低要求疲劳强度(MFs)的评估，则无需完全知道其疲劳强度。通常材料或零件的抗疲劳特性是由规定条件下某一循环次数的许用应力等级来描述的。这一参考应力等级可看作是疲劳强度特征的一个参数(小)。最低疲劳强度(MFs)定义如下：最低疲劳强度(MFs。)是疲劳损伤值等于许用值D(通常为1)的疲劳强度参数(m)的值。通过比较由实际试验载荷得出的和由设计载荷得出的最低疲劳强度(MFs。)值，可以获得基于载荷或应力的试验载荷的作用强度。对在某一具体位置上至少与设计载荷作用强度相同的试验载荷来说，下式应成立：MFs2，：≥MFs‰。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(25)式中：MFs：5t_—根据实际试验载荷计算的最低疲劳强度(MFs。)；MFs‰。——根据目标载荷计算的最低疲劳强度(MFso)。注：两个疲劳公式中的特征疲劳强度参数仉应相同且对不同的条件都是独立的。最低疲劳强度值之间的比值可称为相对最低疲劳强度值MFso(RMFs。)：肼躞一畿在该系数等于或大于1的所有区域，试验载荷至少与目标载荷的作用强度相同。对于所有载荷分量来说，如果其可能的应力集中系数相等，则相对最低疲劳强度值与实际值无关。用于评估木材／环氧树脂叶片和玻璃钢叶片的试验载荷的方法示例分别在参考文献[1]和[5]中给出。i0．4．4疲劳公式的补偿一般情况下，全尺寸疲劳试验中使用的叶片与承受实际设计工作载荷的叶片相同。但这并不意味着在计算目标载荷引起的损伤时使用的疲劳公式与计算试验载荷引起的损伤使用的疲劳公式完全相同。这是因为试验室中的叶片受力环境与实际运行叶片的环境不同。例如，材料的疲劳特性在潮湿条件和干燥条件下是不同的(不同的常数或孓N曲线斜率等)。如果5)大多数情况下，可能会使用明确的数学表达式表示FsF或MFs。它可通过变换RH的值直到疲劳损伤等于容许损伤值D的迭代计算过程得到计算结果。由于一些疲劳公式的不连续性(如疲劳极限)，不可能总会得到恰好等于容许损伤的疲劳损伤值，这种情况下可以使用在极值处给出最低和最高损伤值的R“值。21 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010疲劳试验是在试验室中的干燥条件下进行的，则应用干燥条件下的疲劳公式计算试验中的损伤累积，并且用适合于实际运行条件的疲劳公式计算叶片设计寿命中的损伤累积。原则上，对试验载荷来说，应使用有效的或最适用试验条件的疲劳公式}而对目标载荷来说，则应使用有效的或最适合于实际运行条件的疲劳公式。因为试验条件通常要比实际运行条件好得多，所以在试验室中的叶片疲劳特性会更好些。因此，试验载荷应比设计载荷作用强度更大以获得等效的损伤累积。这就要求在试验过程中使用额外的载荷系数(在载荷系数上补偿载荷循环次数的减小)(见9．3．3)。10．4．5试验后评估完成试验后，应用适当的损伤模型计算叶片的损伤累积，然后，试验结果可作为在最终载荷水平上的等效载荷循环次数或其他某一选定载荷等级(如表示等效工作寿命的载荷等级)的等效疲劳循环次数。换句话说，可以用损伤模型来计算某～选定疲劳循环次数下叶片所能承受的最大载荷。所有这一切都取决于：失效主要是由材料特性引起的，而不是因为受到了试验导致的重大影响(如局部过热、开胶、屈曲、残余剪应力等)或不能用损伤模型正确衡量的其他影响。然而，当认定这些影响无关紧要时，其等效损伤累积计算可能会相当精确；这些计算可以很好地评估叶片在其他条件下的疲劳性能，因此，可以相信设计是可靠的。当进行试验评估时，为了获得更多的判断手段，建议测量叶片临界区域的应变，以获得材料应变的更准确信息，提供另一种对材料损伤模型的判断方法，更好地解释试验结果。11失效模式”．1总则由于叶片结构复杂，在试验过程中要探测到可能的损坏或失效是比较困难的，因此难以检查和监测隐藏着的重要结构件。进一步地说，叶片材料可能遭到局部损坏却显示不出来。在本章中，只有对叶片造成不可逆的性能改变才称为失效模式。叶片能否满足某设计准则或标准并不是本章要讨论的内容，本章仅说明应监测的可能发生的失效模式。本章中使用下列失效模式的定性特征，其定义在11．2～11．4中给出：——灾难性失效；——功能性失效；——表面失效。部件屈曲本身并不是一种失效模式，但由于它对叶片内部应变和剖面刚度的影响，屈曲会产生一种失效模式。若损伤发生在测试区域外，没有影响测试区域内的应力分布，则应对该损伤进行记录，而不应视为一种失效。11．2灾难性失效灾难性失效的定义为：导致至关重要功能丧失的、损害安全保障的部件、结构破裂或毁坏的失效模式。下列示例可以看作是灾难性失效：——叶片主要结构的断裂或毁坏；——结构件(如内、外胶层，蒙皮，承剪腹板，叶根紧固件等)完全失效；——主要部件与主结构分离。11．3功能性失效当某一具体部件或组件在可接受的范围内不再起作用时，则认为是功能性失效。22 GB／T25384—2010下列示例可作为功能性失效：——叶片刚度明显减小且不能恢复(相当于减小5％～10％”)；——去除载荷后，叶片出现显著的永久性变形”；——剖面形状发生显著的永久性变化；——去除叶片上的载荷后，叶片机械结构不能完成其设计功能”。上述所列任何一项是否为功能性失效都取决于其特定的设计标准，应对每种情况进行具体评估。但是不管怎样，都应对这些项目进行说明和记录以便评估。11．4表面失效表面失效是一种不会立即对结构产生影响的失效。下列示例可作为表面失效：——小裂纹，未引起明显的强度下降或胶层减弱；——胶衣产生裂纹；——涂料剥落；——表面气泡；——弹性板微小的屈曲；——小的分层。在外部环境条件下，表面失效经过一段时间后可能成为功能性失效或灾难性失效。任何情况下，都应说明和记录这些失效内容以便用来进行评估。12试验程序和方法12．1总则本章阐述进行静强度和疲劳强度试验所使用的各种方法和程序。确定叶片其他特性的试验方法见第13章。根据需要，测量叶片特性的试验可以与本章所述的静力试验一起进行，也可以单独进行。控制、校准、维护以及检查测量与试验设备的程序应按GB／T27025的规范进行。条件许可时，应对整个系统作“端对端”检查，以便校验所有系统部件。必要时应根据由试验装置或试验几何关系引起的系统误差对其测量数据进行修正。12．2试验台与叶根固定装置所有的强度试验均要求有一个用于安装叶片、试验载荷的适当安装面以及一些加载装置。实际应用中，通常将叶根固定在试验台上，在垂直于叶片轴线方向对叶片进行加载，沿着叶片展向施加试验载荷。叶片通过法兰盘和连接螺栓固定在试验台上。如果要求验证叶根设计的有效性，叶根固定装置应能够在叶根处产生所需的应力分布，且其刚度应和叶片与轮毂连接的刚度相同，最好包括与叶根直接相连的轮毂／叶片界面的实际部分(如变桨轴承)。如果所用螺栓或双头螺柱的紧固方法和夹持长度不同于风轮上使用的紧固件，则应在相应文件中加以说明。12．3加载装置应对载荷作用点处的叶片结构加以保护，以防止因表面接触区域压力集中和高剪切载荷等载荷传递引起的叶片局部损坏。可以通过在载荷作用面和叶片表面之间设置一个外部环绕衬套来实现，用于分配载荷，防止叶片截面变形(见图6)。这种加固方法通常是可以去除的，且不会永久地改变叶片的结构，以便在以后的试验中测试叶片这一区域。对于集中加载，当不移动载荷点时，也可以在叶片结构内部加强以防止截面的局部破碎。但注意避6)相应的百分数取决于设计限制。7)应注意粘弹性材料会在一定的恢复期内全部或部分地回复这一变形。8)机械结构的功能试验不是本规范的内容。 标准分享网www.bzfxw.com免费下载免改变测试区域附近的叶片刚度图6使用术制外部村套的叶片夹紧方法内部加同通常是不可逆的，并且会永久地改变叶片结构及用有频率，因此不可能再对该修改区域进行试验。124静力试验1241加蝗娄型12411总则叶片可用面载荷或集中载荷(单点／多点载荷)采进行加载。每种方法都有其优缺点，如表1所示。加载方法通常按下面讨论的经验方法米确定。12412分布式面靛荷可以用重物(如沙袋)沿叶片轴向施加一个连续的表面分布载荷。重量沿测试方向在叶片展向受拉面上连续分布．可实现沿叶片展向投有大的阶跃变化的均匀分布载荷。用这种方法可沿展向得到最具代表性的剪力分布，且可以精确地再现其载荷分布。由于需要搬运大量重物．这种方法使用起来很困难，由于增加了大量的附加质量，在极限载荷情况下系统的同有颧率非常低。这就使叶片／质量系统程容易被动态激励起来。失效时．施加的面载荷可使叶片产生程高的能量释放．这是因为在叶片韧始破裂之后，载荷仍继续作用于叶片。这种方法仅局限于单轴静态加载。12413单点加载方法在叶片屉向位置上作用的单点集中载荷，可在叶片上产生一个线性弯矩分难。为了使选一线性分布在整个叶片长度的试验段上接近目标试验载荷分布，可在叶片展向不同位置多次对叶片分级加载，每次试验叶片的一段．最终获得所有需要试验位置灶的目标试验载荷。这种方法可碱少所需试验设备的数量。这种方法一般包含两个步骤：首先按相应的试验载荷给叶片靠近叶尖方向试验段加载；然后将载荷点向试验叶片靠近叶根方向试验段移动，对靠近叶根方向的试验段加载。与多点加载或分布式面加载相比，这种加载方法会在叶片靠近叶根方向试验段产生较高的剪切载荷。2{ GB／T25384—2010此方法对加载至失效的试验不太适用，但采取相应的措施后可以做到。这时需要将加载序列分几次施加，每次将载荷等级增加一个小的百分比直至出现失效。如果加载步长足够小，则试验结果将近似地与多点载荷加载试验基本相同。12．4．1．4多点加载方法用多点加载方法，可把要求的所有试验载荷分布(力矩和剪力)同时施加到叶片上。与单点加载相比，这种方法能产生更符合实际的剪切载荷。在叶片展向的多个位置上，同时作用的分布载荷，使叶片的大部分区域在同一时间进行试验，可以很方便地实现加载至失效试验，并可以确定叶片的极限强度、设计裕度或屈曲极限。应使每个加载点上的载荷匀速递增，以保证随着载荷的增加而保持载荷分布的形状，这一点很重要。可以将每个加载点与分配粱或单个加载装置相连接来做到这一点，但这会增加所需试验硬件的数量。应避免将加载接触点设置在相关的临界区域，因为载荷加载装置会对该部位产生影响(见10．z中说明)。对加载区域的试验可在以后的试验中进行，将加载装置移至临界区域，每次移动一处，并依次测试各加载区域。12．4．2试验控制方法静力试验加载通常涉及一个递增加载顺序的应用。对于一个给定的加载顺序，静力试验载荷通常按均匀的步幅施加，或以稳定的控制速率平稳地增加。必要时，可明确规定加载速率与最大载荷等级的数值。通常加载速率应足够慢，以避免载荷波动引起的动态影响，从而改变试验的结果。试验载荷中的误差一般是由试验载荷增加造成的几何关系变化或试验系统中仪器设备的误差累积造成的。这些影响的修正在第12．7中讨论。12．4．3加载设备叶片静力试验常用的加载设备有：——天车或吊车；——液压或气动加载器；——静重(如沙袋)；——卷扬机。有时需要使用其他设备将主载荷调整或分布到叶片的其他点上。这些设备有：——分配系统和分配梁；——摇臂和操纵杆；——滑轮和钢丝绳系统。这些装置的示例在附录D中给出。12．5疲劳试验12．5．1载荷类型12．5．1．1总则在疲劳试验中，有多种加载方法。载荷可以施加在单点或多点上。弯曲载荷可施加在单轴、两轴或多轴上。载荷可以是等幅恒频的，也可以是变幅变频的。每种加载方法都有其优缺点。加载方法的选用通常取决于所用的试验设备。12．5．1．2等幅加载在等幅加载试验中，试验载荷的特点是多次重复的单一载荷循环，而且其最大和最小载荷值是固定的。叶片等幅加载试验数据很容易与材料试验数据进行比较，因为它们通常都是用相同的方法确定的。在等幅试验的情况下，当采用放大载荷方式来加速试验时，可避免非线性失效模式。等幅加载试验忽略了加载顺序影响的可能性，也引入了一些因其对疲劳公式的敏感性而产生的附加不确定度(见附录B)。25 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—201012．5．1．3分块加载分块加载是等幅加载试验的另一种方式，试验过程中载荷需要在规定的等幅循环持续作用时间之后改变一次或多次，目的是在振幅逐渐增加的情况下施加载荷循环块来产生疲劳失效。如果叶片能够承受此载荷循环，则载荷按规定的大小增加并继续施加新的循环载荷，重复这一过程直至叶片失效试验终止。这种加载方式允许试验按合理的载荷分级进行，来验证叶片的设计(类似于设计验证试验)。可通过增加试验载荷进一步加速试验来确定失效寿命、失效模式以及设计裕度或储备。由载荷引起的损伤可用Miner理论来计算。分块加载通常和等幅加载一起使用。试验载荷不应增加得太高，以防止试验载荷产生的失效模式与正常运行时期望的失效模式不同。分块加载的另一种型式是可变块加载，试验时交替地施加各种幅值的载荷，目的是在连续变幅加载不可能的情况下给等幅加载试验引入一些载荷序列的特性。12．5．1．4变幅加载在变幅加载试验中，其载荷谱是具有不同幅值和不同均值的一系列载荷循环。载荷系列需要重复多次，载荷谱可能含有一系列的载荷幅值比和载荷值。这些载荷谱很难与在等幅情况获得的试件数据进行比较。对于变幅加载，由于载荷放大有限制(见8．5．1)，载荷放大也更加困难。因为疲劳计算对疲劳公式中的不确定度不那么敏感(见附录B)，变幅加载可与设计载荷谱很精确的匹配。12．5．1．5单轴加载这种用单个加载器或载荷源加载的方式简化了加载，但不允许载荷方向的变化。在单轴加载中，可单独施加疲劳载荷分量，也可旌加其合成载荷(如挥舞和摆振)。单独施加载荷分量要求进行两次试验，但与多轴加载一样，用两个单独的试验不能产生与同时加载情况相同的疲劳损伤。同时施加挥舞和摆振方向分量并要求这两个分量的相位相同，因为只有一个弯曲轴，用单轴加载进行试验将导致远离弯曲轴的最外端纤维受压更严重，同时使靠近中性轴的区域载荷不足。单轴加载方式可用于等幅或变幅加载试验。12．5．1．6多轴加载在多轴加载中，挥舞和摆振方向的疲劳载荷分量应用单独的加载装置来分别加载。载荷分量之间的相位关系在整个试验过程中应是已知的，并且应加以控制。这种加载方法更接近运行过程中叶片剖面周围的实际应力分布。在有两个弯曲轴的情况下，靠近某一载荷分量中性轴的纤维会在另一个弯曲轴方向受力。多轴加载可用于等幅或变幅加载试验。12．5．1．7多点加载为了简便起见，在疲劳试验中常使用单点展向加载。单点加载通常可以试验叶片的大部分展长，但不能试验整个叶片长度。为了增加试验的叶片长度或提高力矩分布的精度，可沿叶片展向进行多点加载。这大大地增加了试验的复杂性，但对单一载荷组合来说可以包含叶片所有的临界区域。12．5．1．8共振法加载共振法加载是利用接近叶片固有频率的激励频率振动叶片来达到对叶片加载的目的。由于叶片展向载荷分布遵循叶片的振动模态，因此，所需的试验载荷可以通过在选定的区域内增加质量来获得，从而在一次试验过程中可以对叶片的大部分进行试验。共振加载通常用于单轴、等幅加载，也可以通过改变其激振频率用于变幅加载，但有一定的限制。12．5．2试验控制方法12．5．2．1总则目前，有三种广泛应用的基本试验控制方法。一般情况下，使用的控制方法不取决于所用的加载方式。本条不涉及具体的硬件或试验设备配置，这些可参见附录D。12．5．2．2位移控制在位移控制下，叶片挠度受控制而与施加的载荷无关。当试验频率接近叶片固有频率(在大约26 GB，T25384—201020％范围内)时，应进行位移控制。在这些情况下，叶片动态影响会使各位置的作用力与叶片在静力试验时的作用力不同，由于在线弹性结构中，准静态载荷与行程是成比例的，因此，毫无疑问，载荷可由动态位移量来确定。试验过程中应监测叶片的刚度，如果叶片剐度发生显著变化，则应调整位移控制范围。产生蠕变时也要求调整位移平均值。从准静态加载到一阶固有频率之间，试验频率可以在一定的速度范围内变化。大多数情况下试验频率都低于一阶固有频率，以便维持叶片的动态稳定性并将热效应降至最低程度。12．5．2．3力控制力控制用施加的载荷决定叶片的位移。施加的力与叶片位移或固有频率无关。如果叶片变软或失效时，由于力保持不变，将会导致更大的位移；应采取辅助测量措施来监视和控制这些位移变化。当试验频率远远低于试验系统的固有频率时，可使用力控制以保证最小的动态影响。当位移很小或位移与载荷线性无关时，力控制是最合适的。12．5．2．4共振试验共振试验方法的原理是在低于试验叶片固有频率的较窄的频率范围内激振试验叶片。附加质量固定在试验叶片上以获得所需的平均载荷。保持激振频率低于系统的固有频率，通过改变激振频率可以调整位移的幅度。通过给叶片安装一个激振器或以叶片基本频率移动试验台座来实现叶片共振。较大的环境温度变化可引起试验叶片刚度和挠度均值的变化，需要在试验过程中进行调整。叶片载荷可以通过将挠度或应变保持在指定的公差范围内来直接控制或用加速度传感器来间接控制。12．5．3加载装置用于叶片疲劳试验的设备有：一～偏心旋转质量；～液压激振器；——凸轮轴。附录D中给出了相关加载装置的完整描述。12．6推荐的试验方法的优缺点表1推荐的试验方法的优缺点试验方法优点缺点——只能单轴分布式表面加载——精确的载荷分布——只能静态载荷(使用沙袋等静重)——剪切载荷分布较精确——失效能量释放可导致更严重的失效——较低的固有频率——一次只韶精确试验一个或两个剖面单点加载～一硬件简单——由试验载荷引起的剪切载荷较高——可以对叶片大部分区域一次性完成试验多点加载——更复杂的硬件和载荷控制——剪切力更准确——不易获得准确的应变，损伤分布在整个剖单轴加载——硬件简单面上多轴加载——挥舞和摆振方向载荷合成更准确——更复杂的硬件和载荷控制——简单硬件——不易获得准确的应变，损伤分布在整个剖共振加载——能耗低面上 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010表1(续)试验方法优点缺点等幅加载——简单，快速，较小的峰值载荷——受疲劳公式准确性的影响较大等幅渐进分块加载——失效循环次数有限——受疲劳公式准确性和加载顺序的影响较大等幅可变分块加载——模拟变幅加载的方法简单(尽管敏感度低于等幅渐进分块加载)——更真实的加载——较高的峰值载荷变幅加载——复杂的硬件和软件——对疲劳公式精确性不敏感——比较慢12．7试验载荷的修正12．7．1自重力试验会受重力载荷的影响，该重力载荷不是试验载荷的一部分或者无法由载荷传感器测得。这些载荷在试验和试验数据处理过程中应适当地说明。自重力载荷可由下列物体的质量引起：——叶片自身；一一加载器的连接夹紧结构；——叶片上的铰接；——加载器；——分配梁装置；——电缆、吊索和传感器。应记录上述设备的质量以及其相对于叶片坐标系的位置。应修正相应的试验载荷来考虑这些附加质量载荷。载荷传感器应仔细调零以消除已知的不确定影响。某些情况下，自重载荷可垂直作用于载荷传感器的敏感轴，使载荷传感器无法测量这一载荷。例如，一端与试验台连接，另一端与叶片连接的水平方向加载器，会把它的部分重量传递给叶片。这类载荷应加以考虑。有些设备(如分配梁组件)会给叶片引入不能完全消除的局部力矩。12．7．2载荷角度变化由于叶片的挠曲变形，载荷方向相对叶片初始位置的角度会改变。在评估试验载荷时应考虑这些载荷方向变化。详细说明见附录c。12．7．3扭转载荷作用于叶片的扭转力矩是在加载过程中由叶片的展向挠曲变形引起的。由于叶片总是向某一方向变形，垂直作用于初始位置的所有载荷或载荷分量就会在叶根处产生一个大小为初始变形乘以垂直载荷的扭转力矩。这些力矩会很显著，在确定试验载荷时应加以考虑。当作用力的弦向位置与叶片的弹性轴不同时，也会产生扭转力矩。可以采取措施抵消弹性轴的作用载荷，以得到一个规定的扭转力矩。12．8数据采集12．8．1总则本条中的数据采集适用于需要监控和记录的试验活动。从目视检查到对标定后的数据作持续地记录。由于用户要求的不同，对数据的要求也不同。12．8．2载荷测量对于强度试验，在整个试验过程中应监测并记录所施加载荷的大小、位置和方向。在第13章中描述的用于确定叶片特性的试验中，也应记录其作用载荷。数据采样频率应足以能够在可接受的公差范28 GB／T25384—2010围内测量载荷的动态变化。可用不同的方法监测施加的载荷。最合适的监测载荷的方法通常取决于所用的试验方法。主要有下述方法：——挠度(变形)；——力／载荷；——加速度；——应变计；——这些方法的组合。一般情况下，载荷可由叶片位移来确定，在很多情况下，尤其是在静力试验中，作用力是可以直接测得的。在某些情况下，也可使用加速度计和应变计来确定载荷。传感器也用来控制加载等级，使载荷在整个试验过程中保持在指定的公差范围内。在进行静力试验时，在叶片和载荷施加设备之间应安装一个测力传感器。对于分配梁，应在分配梁的顶部也就是施加总载荷的部位测量载荷，根据分配梁的几何关系可以确定作用在叶片上每一点的载荷。12．8．3损伤检查在试验过程中，应经常目视检查叶片的表面损伤，如裂纹、分层、脱胶等。明显的表面损伤应拍照记录；应同时检查叶片的挠度、应变量、刚度、阻尼、声音变化、蠕变和振型的变化。建议对试验过程中发生的重要事件进行摄像。12．8．4刚度变化刚度变化可以作为叶片静力试验或疲劳试验的失效准则(见第11章)，而且是一种在疲劳试验中比使用其他监测方法更为可靠的监测累积损伤的方法。在共振法疲劳试验中，刚度是主要的监测参数，因为载荷分布取决于叶片的刚度分布。刚度可通过挠度、应变测量、频繁校准载荷或这些方法的组合来监测，这主要取决于试验的控制原理。对位移控制来说，通常在较低速度或准静态载荷条件下测量刚度，载荷和位移都应测量。如果使用位移控制，当刚度发生变化时，则应定期调整位移范围以保持载荷恒定。环境温度的变化也可导致叶片刚度变化，这种变化不是由加载损伤引起的。由于材料的非弹性挠曲会导致结构发热，通常在普通试验频率下，这不会有问题；在高频率试验时，应监视和控制叶片结构中的发热。一般情况下，通过触摸可以很容易地探测到较大的叶片温度梯度，这表明叶片结构内部或表面下的失效正在发展。较小的温度梯度很正常，基本上不会影响试验。12．8．5应变监测目视检查不能监测到的叶片状态的变化，通常可用应变计来监测。以网状间隔均匀布置在叶片试验区上的应变计，通过显示叶片表面上应变图形的相应再分布，可以检测到在其他情况下可能注意不到的内部失效。在叶片结构设计分析时确定的临界区和高应力区可以设置应变计，用应变量变化来推断出局部的内部失效。在完成基本的疲劳试验之后，可以用这种方法选择要进行的附加试验。也可用应变计来测定叶片的特性，此问题将在第13章中讨论。12．8．6环境条件监测在试验过程中，应定期记录试验室的温度和湿度，测量次数应足以能监测环境的变化。这些测量值不可能充分确定在任一给定时间内叶片的真实湿度状况，在恒定湿度下叶片达到平衡状态可能要几个星期，因此，有必要在试验结束之后解剖叶片，并测量其含水量。同样地，叶片达到平衡温度可能要几个小时。应通过排除热风和局部发热源，努力将温度波动变化降到最低值。被测试叶片应在实验室环境中放置一段时间之后再进行试验。如果环境温度经过一段时间不能稳定，则应进行更频繁的测量。如果叶片表面存在不同的环境条件，则应对试验叶片做多次测量。29 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010通过环境记录来量化环境条件对试验叶片的热效应是很有必要的，这些热效应包括：刚度变化、应变仪漂移(特别是在单个单元桥路上)，或其他传感器中的漂移。特定的试验需要特定的试验环境。在这种情况下，可能需要附加的测量仪器。12．8．7失效说明应按第11章提到的失效准则描述和记录失效类型。试验完成后，可在叶片失效部位切取试样来研究其失效类型。13确定叶片特性的其他试验13．1总则在前面的条款里，只涉及到与强度有关的试验。但另外一些可给出叶片其他结构或动态特性方面附加信息的试验也是很重要的，一般也需要完成这些试验。这些试验可与强度试验分开进行，但通常来说，实际应用中这些试验的大多数是和强度试验——特别是静力试验一起进行的。如果需要的话，可以进行诸如非破坏性试验等其他附加试验。这里只简单地提出这些试验，其中的一些也要进行确定性修正(见12．7)。13．2试验台变形叶片位移和刚度测量的值应根据叶根夹紧装置和试验台的变形进行修正。叶片的固有频率、阻尼和模态测试试验，也应考虑试验台的影响。对于相对刚性的试验台而言(对叶尖变形的影响不到1％)，试验台的影响可以忽略。13．3叶片挠度由于风轮相对于塔架的间隙有限，因此，叶片挥舞方向的挠度是非常重要的。在试验过程中，应记录叶片和试验台的挠度。该试验通常与静力试验一起进行。13．4刚度分布叶片在给定载荷方向下的弯曲刚度可由载荷／应变测量值或由挠度测量值来导出。载荷／应变方法非常适合测量要求详细的刚度分布，尤其适合测量叶根及其附近部位的剖面的刚度分布。本方法需要精心选择应变测量点，沿叶片展向分布设置应变计，即在叶片每一个展向位置剖面的上下翼型型面上各设置一个应变计。通过给叶尖加载，测量叶片各剖面上下表面的应变值，并已知各应变计之间的距离，由此可以计算出各剖面的局部曲率；根据各剖面的曲率和弯矩，可以导出其刚度。注意：应变计布置在叶片表面的未扰动区域上。应测量在指定的载荷作用下沿叶片展向不同位置处叶片的位移。位移测量位置数目应足够确定整个叶片的位移曲线和刚度。位移方法从某种意义上来说是更简单快捷的试验方法，但应修正由叶根夹紧装置的变形引起的偏差。此外，这种方法会受限于叶片根部区段，且对结果需要进行光顺，从而会出现较高的结果不确定度。叶片的扭转刚度可以表示为旋转角随扭矩增大的函数。13．5应变分布测■如果需要，可由置于叶片测试区域上的应变计测量叶片应变量的分布，应变计的位置和方向应记录。测量的次数取决于试验的叶片(例如叶片的大小、复杂程度、需要测量的区域等)。如果要求从零应力水平获取非线性，则应使用一片未加载的叶片对应位置上的应变计来补偿其自重力影响(见第12．7．1)。应在叶片表面临界区域测量叶片应变，叶片上的比较典型的位置为：几何形状突变、临界的细部设计或应变水平预计较高的位置。推荐的测量位置有：——叶根与轮毂连接处；——叶根；——叶根过渡段；——剖面变化较大处；30 GB／T25384—2010——材料或厚度变化处；——气动刹车机构过渡区；——细节设计和接头；——内部接头、加强部分和梁。每个测量点可包括三个应变测量值，如果主应变的方向未知，则可用应变化来确定测量点处的主应变值的大小和方向。如果仅对应力集中或某一应变等级感兴趣，则可以使用应力涂料。它是一种具有确定裂纹极限并对应变敏感的脆性漆膜。每一次加载后，都应检查应力涂料层是否有裂纹。应力涂料的使用可参考使用手册。也可用光弹性测量法推导出应力值(详见参考文献[3])。13．6固有频率通常重要的频率只限于挥舞方向的一、二阶和摆振方向的一阶频率(有些情况下，还包括扭转一阶频率)。对于大多数叶片来说，这些频率间隔很好，且很少会耦台。因此，可把叶片置于所要求的振动模态下，监测来自诸如应变计、位移传感器或加速度计等的振动模态响应信号，逐个地直接测量出这些频率。二阶挥舞方向的激振模态可能会导致一些问题，尤其是在对刚性非常大的叶片测量的过程中。如果不能通过单独激励的方式测得频率，则可以采用叶片谐振频率之外的频率激振叶片，使其产生自由振动，通过将获得的信号进行频谱分析以获得叶片的固有频率。13．7阻尼可以通过测量叶片挥舞和摆振方向无扰动振荡的对数衰减量确定叶片的结构阻尼。振幅应足够小(几厘米)，以排除气动阻尼的影响。应注意阻尼通常与温度关系密切。13．8振型与清晰间隔固有频率的低阻尼线性结构相应的标准振型值，可以由(在共振时)传递函数的虚部来逼近，此传递函数是确定振型值点处的输入力与加速度响应关系的函数。进行挥舞和摆振方向的振型测量时，可将叶片安装在刚性试验台上，在叶片的某个适当点处(多数在叶尖)施加一个激振力(以相关的频率)，沿叶片适当间隔位置监测所引起的加速度响应，激振力可由力传感器来测量，加速度由加速度计来测量，然后把测量值输入分析仪中，通过分析仪获得可能的模态数以及在共振频率下复杂传递函数的相位，在参考文献[7]中给出详细说明。除采用移动单个加速度计的方法外，还可以沿叶片展向均匀地布置若干加速度计，用一系列强迫频率来激振叶片，也可以确定叶片的振型(详见参考文献[11])。13．9质量分布粗略的质量分布可以通过测量叶片总质量和重心的方法计算出来，参考文献[8]中给出了一种更精确的测量方法。必要时可把叶片截成小段并称出每段的重量来测量其质量分布。13．10蠕变对蠕变敏感的材料来说，有必要通过试验确定叶片的蠕变和恢复特性。这些试验是通过对叶片进行长时间静加载进行的(如几小时或几天)。在试验过程中，应频繁地测量叶片的挠度，并记录叶片的挠度与对应时间。经过一段时间后去掉载荷，当叶片松弛时，应再记录叶片的恢复与对应时间。13．11其他非破坏性试验在有些情况下，非破坏性试验(NDT)技术可用来检查叶片是否按设计要求制造，并用来发现制造缺陷。非破坏性试验可与其他试验同时进行，常用的方法有：——检查、测量叶片几何形状(如尺寸、外形等)；——硬币轻敲；——声音传导；——超声波探伤；31 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010一一声发射(见参考文献[9])；——热成像(见参考文献[10])。13．12叶片解剖叶片解剖可用来检查叶片是否按设计要求制造，并且可以用来发现制造缺陷。通过叶片解剖可以检查下列特性：——叶片的质量分布；——几何形状(如翼型等)；一一铺层、梁、胶接等的制造(如确定玻璃纤维叶片的纤维含量、纤维方向和疏松度等)。研究叶片的失效模式时也需要对叶片进行解剖。14组件试验14．1总则组件试验用于成组部件的计算验证或特性测定。14．2组件的定义——风轮叶片组件是风轮叶片的组成部分，当它们与叶片分开时，能够明确地确定它们的功能，并且能在没有叶片其他部分或相邻零件直接参与的情况下完成这一功能。——当需要明确确认组件及其功能时，应补足与该组件相邻的零部件(如叶片轴承、轮毂等)。当与相邻组件的连接刚度对该组件的载荷有显著影响时，通常采用这一方法。——如果能够明确地确定组件的几何比例或其他缩放值的特性对于其功能与主要影响的反应，可以采用按比例缩放后的组件进行试验。14．3组件的作用类别组件的作用类别有：⋯载荷和弯矩；——应变和变形；——雷击；——温度和湿度；——辐射、磨损、腐蚀。这些作用类别可分为短期、长期、静态或周期动态等作用形式。作用于组件上的主要、次要和试验特定作用类别之间的差异：——作用于组件上的主要作用与组件功能有直接联系并影响组件失效时间。在组件试验中，主要作用要在部件上模拟并试验。——作用于部件上的主要作用是完全已知的，并且能被控制和计量。——次要作用的重要性较小，次要作用对组件功能和使用寿命的影响可以忽略不计或者很小，甚至通过单独的验证过程即可实现对试验、计算结果的修正。——作用于组件的次要作用是已知的，并且至少是可以被限制的，但在试验中不予考虑。试验特定作用取决于试验装置、试验的实现方式和试验期间的气候条件。试验特定作用的影响应尽可能不损害试验结果。14．4组件试验组件试验的设计应保证：除主要作用项和可能的次要项作用之外，组件上没有其他作用类别的影响。在试验过程中，主要作用项应尽可能准确地作用在组件的正确部位上，在不能满足这一要求的部位，应尽可能谨慎地作用于组件上。存在试验特定作用的部位时，应记录下来并考虑它们对试验结果的影响。通常应将试验特定作用部位排除或修改，以保证试验不会导致组件功能的过早丧失。32 GB／T25384—2010在执行组件试验前，应具备试验方案说明书，其中应包含以下内容：——组件试验目的；——试验组件与相邻组件在足寸和功能划分等方面的界定；——对试验过程中作用于组件上的主要、次要和试验特定作用位置的定义和评估；——对组件试验和试验条件的说明；——试验的实施规划。14．5验证程序验证程序分为：——试验结果的评估；——试验结果的确认；——呈报试验结果。14．6加载方式14．6．1用于验证的组件试验用于计算验证的组件试验，一般不采用统计计算的方式确定。用于静力试验的载荷st。按下式计算：Sh。=SD·nT·儿T·扎T⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(27)式中：SD一一设计载荷；yH一一重现系数；孔t～比例系数；扎t——温度系数。除另有规定外，可取n。一1．05，％t=1．1。当在温度为20℃的环境中进行试验时，取扎t=1．o，环境温度为一30℃时，取y3．一1．1。当环境温度在20℃～一30℃之间时，扎t按线性内差法取用。用于动态试验的载荷st。。按下式确定：Snn—SD·7lT·扎T·扎T·nT⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(28)除采用静力试验中规定的系数外，还应用系数nt来考虑载荷谱型式的影响，多级载荷谱时取扎。一1．O，单级载荷谱时取扎t一1．1。14．6．2用于特性鉴定的组件试验用于特征值鉴定的组件试验应采用统计计算的方法确定。对于静力试验，至少应试验五个单独的组件，通常将组件加载至破坏。要选取要求的置信度范匿和存活概率(如95％／95％)，还要计算出设计期望的特征值。许多组件都要进行动力循环试验，以获得一个可靠并且有代表性的争N公式。每项试验均应包含4个组件试验件，对每个试验件应至少采用4级载荷进行加载，其中应包含一个能使载荷循环次数达到107的载荷水平。(根据指南，要选取要求的置信度范围和存活概率(如95％／95％)，还要计算出设计期望的特征值。)换句话说，为了在不损失试验有效性的情况下减少试验所需时间，在一个所谓的。线串式试验”过程中至少需要12个试验件，这一试验过程中的各级载荷应为统计学上的均匀分布。如有可能，应使3个试验件经受约107次的载荷循环，如：一个为0．6×107次，一个为1．o×107次，另一个为2×107次，最后一个载荷循环次数恰好可以验证外推至2×108次的延长使用寿命。14．7替代性试验14．7．1导言在以校核或证实已有的相关知识为目的，对部件的结构性能进行若干试验后，建议首先确定是否已获得既可用作基础数据又可以免去执行一个耗时的新试验的结论或经验。33 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010说明：对于高效率的产品系列开发。最重要的就是贯彻这一思想。在德国的滑翔机结构领域，这种方法(即所谓的“替代性试验”的使用)已经被成功地使用了近40年，尤其在疲劳试验领域。用于风力发电机组的风轮叶片与滑翔机的翼型在许多方面是相似的，因此将在飞机结构上获得的经验用于风电机组结构的校核过程是合理的，当然某些方面在同一时间肯定是不可转换的。下面讨论这一基本原理用于风轮叶片的可行性的必要条件。14．7．2替代性试验的定义可以参考一个已完成的替代性试验的必要条件是：在所用材料、几何尺寸、生产工艺和结构型式等方面相似并且具备“经验库”。这样的经验库有：——文献和研究结果；——标准和指南；——材料特性数据库；——已完成的“全尺寸试验”静力或动态试验结果；——运行中的载荷测量结果；——实际运行经验；——损伤评估。这些经验不需要在风能领域重新获得，但要来源于相关工程领域，如航空学，只要能证明有可移植性(假设材料试验，如其中的载荷循环次数、载荷等级等)，就可以采用。现在的风力发电机组和风轮叶片工业已经使用了复杂的仿真和计算程序，其适用性可以用试验室内的静力试验、循环动态试验、对风轮叶片的测量以及经验库中不同地形、不同气候下的实际风电机组运行来证实。当开发一个与其他叶片不同的新型号风轮叶片时，只要所用材料、尺寸或原材料相同的相似部件，这些已经验证过的程序系统加上从经验库中得到的替代性试验，可代替新的循环动态试验。这种情况下，制造商选择的方法的可移植性应按适当的方式证明。14．7．3用于静强度验证的替代性试验对已核准的风轮叶片(替代品)进行修改，如对叶根进行延长或类似的修改，只要其载荷水平小于或等于替代品的载荷水平，则不要求再做静力试验。14．7．4用于疲劳强度验证的替代性试验为了验证疲劳强度，如果能够满足前面的要求或相似性，允许对新结构的特性移植替代品的试验结果。两个功能或条件的区别：——当满足相应要求时，这一试验可作为替代性试验；——对于疲劳强度验证，例如属于同一个叶片系列，可预先规定替代性试验。14．7．5限制条件当叶片或组件已经证实与替代品存在较大差异时，则不应采用替代性试验结果：——使用了不同的基本材料，如用玻璃纤维织物代替了碳纤维织物’——使用了另外的结构，如用I型法兰代替了D型法兰；——使用了另外型式的载荷传递方式，如用IKEA代替了双头螺栓}——完全改变了生产工艺，如从手铺法成型改为预浸料成型。15试验报告15．1总则试验应采用包含足够信息的试验报告来证明，使相关人员都能理解试验及其结果。34 15．2试验报告内容根据试验类型，试验报告应包括以下内容：1)所有试验的一般要求——目录；——试验承办人；——试验日期和地点；——试验目的；——叶片数据；——叶片标识；——试验过程和试验结果；——附件：图样、测量数据、试验日志、照片等。2)静力试验和疲劳试验试验报告中要提供下列内容：——试验载荷的推导和说明；——失效准则说明；⋯试验装置及试验步骤；——所用的试验设备；一一测量仪器的标定；——应变计位置和挠度测量点位置(图样)；——测量的挠度、载荷和载荷方向；——试验结果的精度；——试验载荷评估，包括试验载荷分布”；——失效说明”’；——应变、载荷的测量等级和范围；——加载方向；——整个试验中载荷和挠度的汇总。3)其他试验叶片其他试验的报告格式和内容一般按上述内容确定。9)只用于设计载荷包络试验。lo)尽管产生的失效与结果不相干，也要求对叶片上所有的失效给出描述和引证。GB／T25384—2010 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010附录A(规范性附录)局部安全系数的确定在设计计算中要用到三个局部安全系数(k、L和矗)，这些系数的乘积是总体设计安全等级的重要指标。而对于试验载荷，只有靠和L起作用(见9．2)。许多设计标准中这几个系数的乘积大小相近，只是有些标准在总体安全系数中分配给某个系数的值会有所不同，甚至一些标准关于载荷的局部安全系数是一致的，而另一些标准关于材料的局部安全系数是一致的。在这些标准中，总体不确定度似乎集中在上述提到的一或两个系数中。对于设计来说，由于要使用所有的局部安全系数，所以并不受任何影响。但在试验中就不同了，因为只有计和n两个系数对试验载荷起作用(见9．2)。结果是使用不同的设计标准可以得到同样的设计，却得到不同的甚至可能被低估的试验载荷。为了防止这种可能性，根据以往的经验，可使用下列乘积的最小值：对于静力试验：‰·矗。≥1．25对于疲劳试验：h·h≥1．15如果设计程序或执行的设计标准给出了更高的总体局部安全系数，那么上述最小值对试验载荷没有影响。然而，当设计标准把所有或大部分局部安全系数都放在载荷、失效后果、材料中的某一个时，这些最小值将会确保一个合理的最小试验载荷，这时试验载荷就不取决于安全系数分配在哪里了。例如，可以比较表A．1中IEc61400—1第一版和第二版中在不使用上述最小值时用于疲劳的系数。表A．161400—lEd．161400—1Ed．2局部安全系数y酣1．251．10h1．O1．15托1．01．O影响设计的局部安全系数乘积(‰·‰·h)1．251．26影响试验载荷的局部安全系数乘积(h·％)11_15可以看出，设计中使用的安全系数基本相同，但试验使用的系数，由于安全性在yf和L之间的分配不同，却相差很多。在理想情况下，使用不同标准的试验应产生相同的试验载荷和试验结果。前面给出的最小值可以限制上面所述的影响。 附录B(规范性附录)疲劳公式对评估的影响GB／T25384—2010由于设计载荷与试验载荷大不相同，因此对分别由设计载荷和试验载荷引起的损伤累积的比较将取决于所用的疲劳公式。使用正确的疲劳公式给出的疲劳特性可以进行精确的损伤比较，但通常不容易得到正确的疲劳公式，其准确性取决于对具体材料的了解。一般疲劳公式由S-Ⅳ曲线、Goodman关系式、Miner累积、计数程序及其他影响系数等来表示。疲劳损伤预估的不确定度与下列内容的不确定度有关：——pN曲线的斜率；——Goodman图；——Miner累积的有效性；——循环计数程序的适用性；——其他影响系数的影响。对设计载荷和试验载荷来说，由这些不确定度造成的疲劳损伤预估的误差是不同的。因此这些不确定度或误差将会影响试验载荷与设计载荷的作用强度。以量Ⅳ曲线斜率为函数的计算损伤值斜率载荷812设计1_07．4l0138试验(vA)1_07．19O138试验(CA)101047O．097图B．1等幅加载和变幅加载试验对疲劳公式敏感性的比较例如，改变s—N曲线的斜率会得到一个关于试验载荷与设计载荷作用强度符合性的不同结论。试验载荷谱与设计载荷谱差别越大，对疲劳公式的敏感性也就越大。因此，关于试验载荷与设计载荷作用强度符合性的结论，在等幅加载试验中就比在具有相似载荷谱和载荷顺序的变幅加载试验中对疲劳公式的敏感性要大。图B．1对此进行了说明，图中显示了一个设计载荷和两种试验载荷的疲劳损伤，并根据不同的S_N曲线的斜率给出了这些疲劳损伤值。当争N曲线的斜率为10时，变幅和等幅加载与设计载荷具有相同的损伤(为1．o)，在这种情况下，两种试验载荷与其相应的设计载荷的作用强度是相同的。如果材料的实际斜率是8而不是10，则所有载荷的疲劳损伤均会改变，变幅试验载荷与设计载荷的作用强度仍然相同(都接近7．3)，而等幅加载的作用强度则更大，是设计载荷的作用强度的l_4倍(10．47除以7．3)。如果实际斜率为12，则等幅试验载荷比设计载荷的作用强度要小一些，设计载荷的作用强度是等幅试验载荷的1_4倍(o．138除以o．097)，而变幅试验载荷与设计载荷具有相同的疲劳损伤。上述疲劳寿命中的系数l_4相当于根据应变或载荷比较疲劳损伤时的4％。37蛩圃f《I《f《 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010试验载荷作用强度的结论中存在的其他误差，是由于在变幅加载情况下，用当前的疲劳公式不能准确地预测玻璃钢材料的疲劳损伤造成的。这已经被最近的玻璃纤维样件高周变幅(wHIsPER)疲劳试验所证明(详见参考文献[12])。它显示出：用当前的疲劳公式(采用一个基于恒幅试验的非常精确的S_N曲线)会低估变幅加载下的预计疲劳寿命。低估的程度取决于应力水平，甚至达到100倍。若以载荷产生的应力为基础，则会有约1．5倍的差异。上述两个例子说明，试验载荷的作用强度符合性结论取决于所用疲劳公式的准确性。这也可以得出如下结论，即试验载荷与设计载荷相差越大，对疲劳公式的敏感性越增加。因此，试验载荷越接近恒幅载荷，对疲劳公式的敏感性越增加。同样，当用恒幅载荷逼近试验载荷时，对疲劳公式的敏感性增加；减少试验载荷的循环次数时，对疲劳公式的敏感性也是增加的。 附录C(规范性附录)加载角度变化的影响与补偿GB／T25384—2010对于静力试验和疲劳试验来说，叶片变形会引起明显的加载角度变化，从而改变预期的载荷，有几种影响应加以考虑。当载荷作用于叶片并引起相应的变形时，会造成叶片几何形状的改变，载荷的作用方向也随之而改变。这一问题会在不同的情况下出现。在疲劳或静力加载试验中，弯曲的叶片相对于水平面的投影长度会变短。在载荷作用方向上的变形较小时，这一影响通常可以忽略；但是当产生的位移较大或产生垂直于载荷作用方向的位移时，会导致作用在叶片上的力矩减小。如果加载装置与叶片及对应的反作用点之间的连接采用固定方式(如采用液压加载器加载)，随着载荷的增大，载荷作用方向就不再与叶片保持垂直，此时，作用于叶片的力矩分布就减小了。如果加载装置的一端可以调整(如静力试验中采用起重机加载)，力的作用方向通常能保持在垂直方向(法线方向)，但力臂会减小，也同样减小了力矩分布。在这些情况下，应增加作用力来达到预期的力矩分布。多轴加载情况下，当在垂直于载荷作用方向上产生位移时，需要进行更多的修正。例如在疲劳试验中，挥舞方向的变形会使摆振方向载荷作用点在垂直于摆振载荷作用方向产生移动，即使相对很小的变形也可能对预期载荷有很大影响。这种挥舞方向的变形会导致挥舞方向载荷的增加和摆振方向载荷的减小，因为摆振方向的载荷分量被传递到了挥舞方向。反过来也会发生同样的影响，挥舞方向的加载会引起较大的摆振载荷。可使用长的加载器或能够连锁相互垂直的位移量的连杆机构将这些载荷误差降到最低限度。由于挥舞方向的位移较大，因此摆振方向加载器的长度应大于叶片在摆振方向的变形。残余误差可通过适当地改变试验载荷而引起预期的几何形状变化的方式补偿。更好的控制方案可以通过精确地计算叶片变形以消除不期望的影响的方式来获得。当使用刚性的加载夹具时，大的叶片变形会导致另一种误差。载荷夹具通常是由木块构成，在叶片加载点处紧固在叶片的剖面上。载荷施加在夹具的边缘，通过夹具传递到叶片上。随着叶片变形的加大，载荷夹具会与载荷作用方向产生角度，此时叶片的反作用力产生一个力偶，这一力偶是增大还是减小预期的力矩，要根据载荷的施加方式确定。这一影响可用图c．1来说明。这种影响会很大，因此应合理设计加载夹具，使载荷作用线通过预定的叶片弦线来实现自补偿，将这一影响降到最低程度。埘一导致的弯矩M—F叫。叫×d；日——叶片偏移的角度。图c．1静力试验过程中力偶诱导的弯矩 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010载荷作用角度的显著变化通常会改变力矩分布，无法实现预期的载荷分布，因此需要预先考虑这些变形并设计试验装置来抵消它们。通常，对于在最大载荷情况下的载荷角度变化，最重要的是修正作用力，因此，应随叶片的变形量调整预定的载荷。如果未变形的叶片轴线在载荷作用方向的反向偏离水平线，则叶片大变形的影响会减小，这样就减少了需要调整的变形量。可以在试验台上建造也可以在试验夹紧装置上设置这种反向偏离的能力。相比剐性较大的叶片试验，在变形大的叶片试验中需要测量更多的参数，如叶片角位移、载荷角、载荷径向位置和线性位移等参数都是很重要的。在垂直面内试验时较大叶片变形会带来一些特殊问题，这些问题可以通过水平牵引叶片来消除。叶片在三个平面内的大变形可以通过地面遥控技术测量。由于叶片变形导致的叶片加载角度变化可以通过试验装置内的位移传感器来监测(见参考文献[13])。 附录D(资料性附晕)试验设备示例D1液压加畦器在将液压加载器用于施加疲劳载荷时，加载器安装在刚性支撑(或地面)与叶片的连接夹具之问，通过监测载荷或位移来控制。液压加载器适用于各种各样的试验条件和控制方式。试验频率、载荷幅度和顺序、载荷分布及载荷作用轴的数目都可以改变。液压加载器可用于单点加载或多点舍成加载。使用多个加载器可进行多轴加载；通过两个不同展向位置上的加载器可以给叶片施加一个分布式疲劳载荷，也可以使用单个加载器按合适的角度坩叶片施加挥舞方向和摆振方向的合成载荷(见第125】5)。根据所用液压控制系统的不同．可以施加等幅或变幅载荷。液上矗加载嚣的主要缺点是成本太高。而且，在能够实现大多数加载类型时．_大位移、高频率、或多个展向载荷点等都需要昂贵的专用设备以及大窖董的液压泵。采用液压加载器的试验装备主要取决于试验要求和叶片特性。大多数液压加载器试验系统使用液雎伺服反馈系统来控制作用载荷，将控制信号发进到伺服阔，由控静』器米监捌预定的响应。加载器也可用位移或载菏准则来控制．通过调节使载荷或位移信号保持在预定的范围内。在试验过程中会有许多因索影响斌验的精度和稳定性。器藜黪攀图D1使用液压加载器的单轴试验设备的示例液压加载器应是耐疲劳的，以保证在每次大修或维护之前能够承受数百万狄的载荷循环。加载器应配有与之连成一体的而且耐用的载荷和位移传感器。加载器可以是单活塞杆的．也可以是双活塞秆的。取活塞杆加载器对于载荷换向或长位移来说更稳定。虽然双活塞杆加载器更加坚周耐用．但在相同位移和载荷能力下，双活塞杆加载器要比单活塞杆加载器长而且重。为了适应不同加载要求，需要使用多个不同载荷和行程的加载器。如果使用换向加载方式．应在加载器两端装备抗反冲附件来保护零部件。有时需要配备大的蓄能器和止回阀来消除供油管路及回油管路中的压力渡动。应配备大的液压泵给加载嚣提供高压液压油源。建议用精密的伺蠡}阀来控制液压油的流动。通常液压油应冷却。如果位移传感器浸在液压油中，则应监测油温．因为温度变化可能使传感器产生漂移。4l 标准分享网www.bzfxw.com免费下载图D2使用液压加载器的单轴多点加载试验设备的示例液压装置和试验件的相互作用可引起液压共振或产生非预期的动态系统互相作用，因此应把伺服阀容量、加藏器加载能力及行程、蔷能器能力、供油和回油管的压力以及液压油流量等进行正确地组台，以得到最佳动态稳定性。每个试验准备都需要相当数量的硬件{珂整。影响试验稳定性的外部参数主要有叶片嗣有频率、叶片质量和刚度、试验载荷及速度要求等。试验频率受最大液压油流量限制，所错液压油量随加载器行程、加载能力及加载器数量而增加。为了获得最佳精度，需要通过加载器的位移传感器或载荷传感器对其进行反馈控制。有时还需要采用辅助反馈传感器(如加速度计、管路压力传感器等)来控制液压共振或叶片高阶固有频率。3使用液压加藏器的多轴试验设备示例 D2偏心旋转质量21总剐偏心旋转质量(偏心轮)试验方法的原理是以接近风轮叶片周有频率的激振频率来激励风轮叶片。将带偏心旋转质量的可变速激振装置诃节至能产生所衙响应的振荡频率。澈振装置的作用是提供振动能量，产生试验所需的、稳定的等辐载荷循环。在偏心质量澈振试验中，展向载荷分布遵循试验系统的一阶模态(包括叶片配重和激振器的净重)。通过在激振器位置给叶片施加不同的静载来调整试验载荷的应力比。这种试验方法的优点是试验设备简单、稳定且试验费用低，缺点是此方法局限于等幅或分块加载载荷谐且试验频率受试验系境(包括叶片配重)的固有频率限制。22试验装置挥舞方向试验的冉型装置是叶根同定在试验台J：，叶尖弦线或叶片处于水平位置．叶片吸力面朝向地面。由激振器和配重的重量在叶片测试区域产生预期的载荷分布。例如．如果将叶根剖面和叶JJ最大弦长剖面附近确定为试验区，就可以在叶片上靠近叶尖的部分(如在叶片长度的7j“处)安装配重和激振器来产生所需的试验载荷。激振器和配重的熏量一般不超过产生叶根区域预期载荷所需豫愤的一半．可以通过在叶片不同腱向位置上设置配重来调整载荷分布，从而褂到各剖而位置所需的载荷。囤D4使用偏心旋转质量的试验装置示倒开始试验后．要经常将叶片载荷与测试区域的预定载荷进行比较，以确保测试区域以外的部分不会发生严重过载。摆振方向的试验方法跟上述挥舞方向试验类似，但通常以叶片的叶尖弦线垂直于地面的方向同定在试验台上。摆振和挥舞方向的组合试验可以在上述的摆振方向试验中用一拉杆在挥舞方向给叶片施加静载米进行，也可以通过互相垂直安装的两台激振器来试验。23建立加载由于配重会引起叶片振型的变化，因此，在激振器的作用下，叶片上的载荷分布与静力试验中的载荷分布是不同的。在选择测试区域和试验循环次数时应考虑到选一点。激振器可以采用带偏心旋转质量的调速电机。为了获得所需的应力比．应给叶片设置能够产生载荷谱中载荷均值的配重，通过调整偏心旋转质量的大小及旋转频率可获得叶片试验预期的位移．预期位移可根据试验进行前的标定试验确定。对控制和数据采集设备的要求在很大程度上取决于所选择的控制和监测原理。{3 标准分享网www.bzfxw.com免费下载D24试验控制问题241振幅调整在低于叶片试验系统(包括配重)固有频率的范围内调整激振器额率，将叶片位移幅值调节到所需要的水平。242刚度变化根据试验控制原理．刚度可采用挠度、应变仪测量、频繁的载荷标定或这些方法的组合等方式来监控。243位移控制／行程限制在整个试验过程中，载荷水平应保持在规定的公差范围内。因为叶片的特性通常是线性的，因此可由其位移来推导其载荷水平。位移可直接由位移传感器或间接由铡量的加速度来监控(在特殊情况下也可由应变仪测量值来监测)。建议安装一个应急开关．当试验载荷超过某一载荷极限值时．可用米停止试验。244温度太的环境温度变化可引起叶片剐度和叶片挠度平均值的变化，此时要对试验进行调整。Ⅱ3凸轮把叶片与一个连接在旋转凸轮轴上的推杆相连．可以对风轮叶片施加交变载荷。通过调整推杆的线性运动得到预期的挠度。这种方法通常局限于位移控制和单向的等幅加鼓。可采用刚性连接方式的硬件进行等位移加载或用较柔软的链接提供系统阻尼。如果是附性连接．则不需要附加位移信号．因为位移由系统的几何结构控制。4静力试验加载装置当位移较大而且试验条件要求载荷从上部施加时．利用吊车或卷扬机是很好的选择。对剐度非常好的结构来说，要控制加载的速率可能是困难的，除非吊车装备有低速控制设备。卷扬机的用法类似，但可以安装在任何剐性支架上。围D5使用吊车的静力试验装置 国D5使用卷扬机的静力试验装置之圈D7使用卷扬机的静力试验装置之二沙袋搬运超来比较困难-用沙袋给叶片施加极限载荷时要极其小心。为r操作安全，舔加沙袋时应在叶片下面进行支撑·以避免周载荷变化而导致叶片失教。可用人工或自动装置沿叶片放置沙袋。试验前要沿叶片展向安装沙袋固定装置，以防叶片受力变形时，沙袋沿叶片轴向滑动。对于柔性较大的叶片，由于加载时变形会更太，使用沙袋进行加载的方法则不再适用。用这种方法施加摆振方向载荷也是很困难的。 标准分享网www.bzfxw.com免费下载图D8使用液压加载器的静力试验装置肚支习善孑竺k霹℃甚”RE％#7≤一 一i图D．10分配粱加载实例分配粱是在静力试验中对叶片施加分布点载荷的试验装置，图D9显示了典型分配粱加载的简圈。这种方式中所有的联结和连接都是柔性的．以防止夹紧装置改变叶片刚度。分配粱的几何结构要设计成能够对叶片施加接近目标试验载荷分布的形式。对于较大的叶片．最好采用分段试验的方式．例如·用一个分配粱试验叶尖部分t用另一个试验叶片靠近撮大弦长剖面的区域。使用分配粱时，采用吊车提升叶片比较容易．但也可以用液压加载器。通常用轻质材料制造分配粱。对于特殊加载装置，可以使用摇臂、杠杆、滑轮和钢丝绳通过放大载荷或位移米改变其机械性能。 标准分享网www.bzfxw.com免费下载GB／T25384—2010参考文献[1]D．R．v．vanDel“J．LvanLeeuwen，Full—scaletestingofwindturbinerotorblades，EwEc’94conf．1994．Thessalolliki[2]w．D．Musialeta1，AcomparisonofstrengthandLoad．basedMethodsforTesti“gwindTurbineB1ades，AIAA97—0957；356AerospaceSciencesMeeting＆Exhibit，1997RENO[3]w．DMusialetal，APhoto_elasticstressanalysisonaPhoenix7．9meterblade，Windpower’91c。nferenceandExposition，PalmSprings，1991[4]H．J．vanGrol，B．H．Bulder，Referenceproceduretoestablishfatiguestressesfor1argesizewindturbines[5]D．R．V．vanDelft，D．C．Corbet，J．L．vanLeeuwen，Full．scalefatiguetestsofwood_epoxyblades．，Proc．EWEC’91，Amsterdam199l[6]Perry，c．c．，andLissner，H．R．ThestrainGagePrimer，chapter5，McGra、nHill，1962[7]G．c．LarsenandA．Kretz，ExperimentalDeterminationofStiffnessDistributionsandModeShapesofWindTurbineBlades．RisoreportR一773(EN)，March1995[8]G．c．LarsenandA．Kretz，Experimentaldeterminationofstructuralpropertiesbynon-destructivemethods[9]H．J．sutherlandetal，Theapplicati。nofnon-destructivetechniquestothetestingofawindturbineblade，Sandiareport；SAND93—1380．Uc．261，June1994[10]A．G．Duttoneta1．，DamagedetectionandstressmeasurementincompositewindturbinebladesEWEC’94conf．1994．Thessaloniki[11]D．J．Ewins，M。dalTesting：TheoryandPractice，ResearchstudiesPres8Ltd，uK[12]D．R．V．vanDelfteta1，Fatiguebehavi。uroffibe。glasswindturbinebladematerialundervariableamplitudeloadingProc．EUWEC’96，G0tenbu。g[13]K．McLemon，N．GibsonandP．Graets，Devel。pmentofB1adeTestFacilitytoAccommodateF1exibleBladeAssemblyforNewMS4WindTurbine．BWEA19Edinburgh1997[14]T．P．Ph订ippidis，P．s．Vionis，D．J．Lekou，A．N．Fragoulis．R。torBladeDesignVerificationBymeansofFull_ScaleTesting，EWEC一97'