北京鑒衡認證中心有限公司葉片認證工程師王欣榮在設計優化運維專場做了題為《葉片疲勞試驗加載方案優化方法的研究》的演講。以下為演講內容實錄：

北京鑒衡認證中心有限公司葉片認證工程師王欣榮
 

　　葉片全尺寸疲勞試驗根據IEC61400—23標準，葉片型式試驗中應該包括疲勞試驗。目前國內大多數的葉片廠商采用的多電配重等幅共振方法進行。這種方法技術難度不是太高，實現起來比較簡單。

 

　　實驗的一個基本目標是在特定的區域內，讓實驗載荷達到預先的目標載荷。同時限定整個全葉片的超載情況。如果超載過高的話會導致葉片的不可預期的損壞。疲勞試驗耗時比較長，所以要求在盡可能短的時間內完成疲勞試驗，根據標準的要求。

 

　　對于葉片疲勞試驗的方案設計，我們采用的有限元梁模型以及諧響應分析方法，在特定頻率下葉片試驗彎矩的設計由梁各截面的中心位置、主軸方向、線密度、扭轉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。

 

　　下面針對不同的設計參數做一下參數討論，現在第一組情況是單純一個激振點，沒有配重點的情況下，激振點的位置對超載比例和負載區域的影響，這里面重量越重，位置越遠離葉根，在不同的位置上影響效果，對參數的敏感性不一樣。這個是激振點位置和重量對于覆蓋區域的影響，這兩個曲面中間夾持的區域使實驗載荷能夠大于目標載荷，滿足實驗要求。基本看出這幾張圖都是相對單調的關系，參數的大小關系相對比較明確。

 

　　下面討論一個激振點，然后后面跟著一個配重點的方式。同樣是先討論配重點位置和激振點位置對超載比率和超載區域的一個影響曲面。可以看出從負的超載系數到超載150%這個范圍的變化還是挺明顯的。但是激振點如果靠近葉根的話，配重點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以及覆蓋區域的影響。基本上確定是一個單調的關系，現在討論配重點更靠近葉根，隨后是激振點。當激振點靠近葉根的時候，配重點的影響比較小，就是參數不敏感，包括超載比例的影響都不敏感。

 

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

 

　　目前進行的兩個參數組合的討論，但是針對于激振點的位置以及重量，有可能達到4個乃至6個參數。目前的這種曲面的方式已經直觀地進行表達了。所以說我們迫切地需要能夠快速地去優化這些參數的最佳位置，能夠去完成這個試驗的設計。

 

　　現在設定一個目標函數使得系統、包括激振點系統的過頻率最大，設定激振點和配重點的位置為變量，固激振頻率為固定百分比，還有偏心系統的擺臂的長度。

 

　　這個下面是設計變量所要滿足的運輸條件，所有的激振點位置和配重點位置應該在特定的一個區間內，然后滿足位置的一個相互關系。他們的激振點重量和配重點重量，然后滿足一個常數的線性關系。在特定的區域內實驗彎矩要求大于或者等于固定彎矩，實驗彎矩應該不能超過特定的比率。

 

　　優化算法采用MATLAB的優化工具箱實現，這是它的界面，可以選擇特定的優化方法、優化算法、約束條件，包括它的收斂準則。優化程序的執行原理是MATLAB在每次迭代的時候去完全ANSYS計算，每一次去更新激振點和配重點的重量位置，然后這個黑箱去返回試驗彎矩和過頻率。

 

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

 

　　這個是我設定初始條件以后優化的一個結果。激振點30米，配重點50米，然后激振點3噸重，然后配重點0.2噸。偏心塊350公斤，在超載不到50%的情況下，過頻率達到5.89%，這樣的優化滿足我預先設定的條件。

 

　　（內容來自現場速記，未經本人審核）