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)維專場做了題為《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)起來比較簡單。

 

　　實(shí)驗(yàn)的一個基本目標(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。同時限定整個全葉片的超載情況。如果超載過高的話會導(dǎo)致葉片的不可預(yù)期的損壞。疲勞試驗(yàn)耗時比較長，所以要求在盡可能短的時間內(nèi)完成疲勞試驗(yàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

 

　　對于葉片疲勞試驗(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。這些都可以來自葉片的模型。采用這種模型計(jì)算的話，一個算力大約算一次2—3秒就可以算出來。

 

　　下面針對不同的設(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激振點(diǎn)，沒有配重點(diǎn)的情況下，激振點(diǎn)的位置對超載比例和負(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，對參數(shù)的敏感性不一樣。這個是激振點(diǎn)位置和重量對于覆蓋區(qū)域的影響，這兩個曲面中間夾持的區(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單調(diào)的關(guān)系，參數(shù)的大小關(guān)系相對比較明確。

 

　　下面討論一個激振點(diǎn)，然后后面跟著一個配重點(diǎn)的方式。同樣是先討論配重點(diǎn)位置和激振點(diǎn)位置對超載比率和超載區(qū)域的一個影響曲面。可以看出從負(fù)的超載系數(shù)到超載150%這個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于超載系數(shù)以及覆蓋區(qū)域的影響。基本上確定是一個單調(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。

 

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

 

　　目前進(jìn)行的兩個參數(shù)組合的討論，但是針對于激振點(diǎn)的位置以及重量，有可能達(dá)到4個乃至6個參數(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，能夠去完成這個試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

 

　　現(xiàn)在設(shè)定一個目標(biāo)函數(shù)使得系統(tǒng)、包括激振點(diǎn)系統(tǒng)的過頻率最大，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)的擺臂的長度。

 

　　這個下面是設(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)該在特定的一個區(qū)間內(nèi)，然后滿足位置的一個相互關(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，然后這個黑箱去返回試驗(yàn)彎矩和過頻率。

 

　　這是下面我做的一個算力，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。

 

　　這個是我設(shè)定初始條件以后優(yōu)化的一個結(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。

 

　　（內(nèi)容來自現(xiàn)場速記，未經(jīng)本人審核）