大型风机叶片结构损伤诊断方法研究

发布时间：2017-07-29 06:06

  本文关键词：大型风机叶片结构损伤诊断方法研究

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【摘要】：随着可再生能源的开发与应用,风能以其资源丰富、分布广泛以及对环境影响小等特点,已成为世界各国的主要能源之一,风电技术也日趋成熟。叶片作为风电机组的重要组成部分,在恶劣的自然环境中很容易发生损伤,且由于各种因素的影响,不能及时有效地对叶片的损伤进行识别。叶片损坏将对风电场造成严重的经济损失,也对风力发电机的安全运行构成了很大的威胁。因此,研究叶片在常见损伤类型下的损伤诊断方法具有重要意义。本文在分析叶片常用损伤识别方法的基础上,对基于振动检测技术以及计算智能技术等关键技术应用于叶片的结构损伤识别进行了深入的研究。首先,分析介绍了叶片基本结构、常见损伤类型以及现有叶片损伤识别的常用方法,为后续叶片有限元模型的建立以及损伤诊断方法的合理选取进行必要的理论准备。其次,根据叶片在实际环境中的运行特点,将其转换为与实际结构相近的悬臂梁模型,并以2MW风机叶片为研究对象,在ANSYS中创建其有限元模型,计算叶片损伤前后的模态参数值,并采用基于振动特性的损伤识别方法对叶片的损伤进行定位。然后,将叶片的损伤识别问题转化为目标函数优化的数学问题,分别采用常用的遗传算法和果蝇算法对叶片的损伤进行识别,并针对果蝇算法在识别精度方面的不足,对算法进行了改进。通过叶片单损伤和多损伤的数值仿真结果表明,改进后的方法对叶片不同损伤工况的识别精度都有明显提高。最后,搭建叶片振动检测系统的实验平台,通过开裂纹的方式对叶片的裂纹损伤进行模拟,并采用运行模态分析技术对小型叶片损伤前后的模态参数进行求取,然后采用上述方法对叶片的损伤进行识别,从而证明该方法用于叶片损伤识别的有效性。
【关键词】：风机叶片 损伤诊断 振动检测 果蝇算法
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 论文研究背景与意义10-11
• 1.2 叶片结构损伤识别的研究现状与发展11-12
• 1.3 论文主要研究内容12-14
• 2 叶片常见损伤类型及识别方法14-19
• 2.1 叶片的几何形状及翼型14
• 2.2 叶片的结构及材料14-15
• 2.3 叶片常见的损伤类型15-17
• 2.3.1 表面脱落与砂眼15-16
• 2.3.2 边缘磨损16
• 2.3.3 雷电对叶片的损坏16
• 2.3.4 裂纹及开裂16-17
• 2.4 叶片损伤识别的常用方法17-19
• 2.4.1 声发射检测技术17
• 2.4.2 超声波检测技术17
• 2.4.3 红外热成像检测技术17-18
• 2.4.4 振动检测技术18
• 2.4.5 计算智能检测技术18-19
• 3 基于振动特性的叶片损伤定位方法19-35
• 3.1 有限元原理简述19
• 3.2 ANSYS简介19-20
• 3.3 叶片有限元模型的建立20-27
• 3.3.1 创建风机叶片的几何外形20-23
• 3.3.2 设置单元类型及材料参数23-25
• 3.3.3 网格划分25-26
• 3.3.4 叶片损伤结构的有限元模型26-27
• 3.4 叶片动力特性的有限元分析27-30
• 3.4.1 叶片动力特性方程27-28
• 3.4.2 叶片固有频率和模态分析结果28-30
• 3.5 模态应变能在叶片结构损伤定位中的应用30-32
• 3.5.1 单元模态应变能变化率的定义30-32
• 3.5.2 不同损伤工况下的识别结果分析32
• 3.6 轴向振型差变化率在叶片结构损伤定位中的应用32-35
• 3.6.1 轴向振型差变化率的定义32-33
• 3.6.2 不同损伤工况下的识别结果分析33-35
• 4 基于智能算法的叶片结构损伤识别35-48
• 4.1 遗传算法35-37
• 4.1.1 遗传算法的基本思想35-36
• 4.1.2 遗传算法工具箱简介36-37
• 4.2 基于遗传算法的叶片结构损伤识别37-40
• 4.2.1 变量设计37
• 4.2.2 目标函数37-38
• 4.2.3 损伤识别38-40
• 4.3 果蝇优化算法40-44
• 4.3.1 果蝇优化算法的基本流程40-42
• 4.3.2 修正型果蝇优化算法42
• 4.3.3 混沌果蝇优化算法42-44
• 4.4 基于果蝇优化算法的叶片结构损伤识别44-48
• 4.4.1 基本果蝇优化算法的识别结果44-45
• 4.4.2 修正型果蝇优化算法的识别结果45-46
• 4.4.3 混沌果蝇优化算法的识别结果46-48
• 5 叶片损伤诊断的实验模拟及分析48-57
• 5.1 叶片振动的基本形式48-49
• 5.2 叶片振动检测系统构成49-50
• 5.2.1 实验设备49-50
• 5.2.2 实验模型50
• 5.3 运行模态分析理论及方法50-52
• 5.3.1 运行模态分析技术50-51
• 5.3.2 自互谱密度法51-52
• 5.4 叶片损伤前后振动模态参数识别结果52-56
• 5.4.1 裂纹损伤的模拟52-53
• 5.4.2 模态参数的辨识53-56
• 5.5 叶片结构损伤诊断结果对比和分析56-57
• 结论57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 攻读学位期间的研究成果63

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本文编号：587718