翁振辉：叶片测试技术的发展和应用

 

翁振辉：各位领导、专家们，上午好，我是来自艾郎科技股份有限公司的翁振辉，我一直在艾郎从事叶片结构设计和测试认证方面的工作。我今天发言的主题是《叶片测试技术的发展和应用》。主要是谈两个部分：第一，叶片测试技术的发展大致历程。第二，疲劳测试技术的发展和使用情况。

随着这几年风电行业迅猛发展，叶片越做越大，叶片的长度从十年前的40米、50米一直发展到现在90米，甚至到今年的110米、120米长度。为了适应平价时代的到来，如何充分地利用材料的性能来进行叶片的轻量化设计，就成了产品是否具有竞争力的关键因素。如何协调低成本的目标和产品的安全性的矛盾？就如金风科技老总所说，这不是几个工程师加班能解决的问题，而是需要充分的技术积累和大量的实验，包括材料级别、部件级别及全尺寸级别的测试和验证。叶片的全尺寸结构测试作为叶片安全性验证最后一个环节显得格外重要了。如果从材料、设计一直到工艺、生产质量各个环节如果出了问题，则很有可能在叶片全尺寸测试上暴露出来。

举个例子，结构胶在材料级别测试中进行用于极限测试和疲劳测试，但在产品中，不同位置的粘贴形式是多种多样的，比如在后缘粘贴形状有L型，有带弧线，前缘和主梁腹板上的结构胶，不同的胶厚、结构胶的形状等使之存在差异，在结构胶强度验证方面全尺寸测试显得格外重要。

第一部分的主要内容是关于叶片测试技术的发展。伴随着行业发展，叶片测试的内容和要求也在不断地提高，在十年前，我们根据相关规范做叶片测试主要指叶片的静力测试，对疲劳测试没有做强制要求。随着2014年新标准颁布以来，一直到现在，目前做的测试包含全尺寸的静力测试、疲劳测试、属性测试及重量、频率、刚度及一些前沿的厂商比较关注的流转刚度、剪切中心的测试。

叶片静力测试主要的目的是为了验证叶片在设计运行寿命中所承受的极限载荷的能力。同时，通过叶片在测试载荷下的应变和变形的响应来验证设计。

（PPT图示）这里显示了去年8月份，在艾郎南通实验室进行的全尺寸静力测试，当时做得是四个主方向的测试，但近几年，在对叶片进行360度Polar载荷验证时发现叶片在其他结构也有安全性系数点，很多厂商做叶片设计时会考虑polar载荷对叶片结构的影响。

为了适应百米机叶片测试的需求，加载点从原来6个点增加到现在8到12个点，加载的装置从原来液压更新到现在四伏电击。因为测试方案的局限性，即使是大叶片测试也有低载加载点。并不是所有的加载点都有很大载荷，通过不同量程力传配置和加载算法的优化提高实验的精度。

叶片属性测试方面包括叶片的重量、频率及弯曲刚度、扭转刚度、剪切重心的测试。

关于疲劳测试的发展。叶片疲劳测试可以验证叶片在设计运行寿命中承受疲劳载荷的能力，在叶片材料设计工艺及制造过程中所存在的问题，通常都是经过疲劳测试中展现、暴露出来，特别是近两年叶片越做越大，加上轻量化的设计，这两年听说有各种各样的问题出现，比如皱褶造成的开裂，结构胶的开裂等等。这时候如何制定合理的实验方案，在测试验证区域达到目标载荷同时减少过度测试对叶片造成的损伤，这是设计人员需要关注的问题。

（PPT图示）首先，叶根方面，在往常实验中是大家经常忽略的部分，但从现在看来，这也是很重要的部分。测试过程中，由于测试螺杆断裂的问题造成叶片测试的中断，不仅会耽误测试的周期，而且还会引起根部受力的部件造成损伤。我们经过大量的根本原因的分析，发现预紧力施加不当是螺栓断裂的主要原因。液压扳手校准工装是我们自己设计的，用来胶状液压扳手，同时在叶片测试过程中，监控预紧力的变化，按需要更换螺栓，可以减少螺杆断裂造成的实验停止，保证叶片测试结构根部的安全。

关于疲劳测试标定，这是常规工作，大家可能经常忽略这部分工作，其实这是非常重要的事情，特别是我们和一些国际客户进行交流时也发现，疲劳测试标定的数据的精度对测试结果具有非常大的影响。即使我们有1%的偏差，在疲劳测试时计算累计损伤时有可能造成10%的累计损伤的偏差。所以我们在做疲劳测试标定时，都需要进行可重复性的校核工作。当标定的精度不满足要求时，我们就要进行原因分析，是否加载点精度问题，还是叶片本身有损伤，都要进行详细的分析并解决。

第三部分，均值载荷对叶片疲劳测试的影响。目前常规的疲劳测试方案并没有考虑到均值载荷对测试的影响，但实际上由于复合材料的特性，不同的数值之间的性能存在差异。在叶片测试过程中，叶片的自重及加载的设备、夹具带来的弯矩会对叶片测试的均值造成影响，均值不是0。我们考虑叶片自重均值影响时，部分截面的材料可能存在过度测试的问题。即常规使用的测试方法，测试载荷有可能偏大，过度测试增加了测试的额外风险。所以在叶片测试时，设计人员在设计测试方案会更多考虑均值对疲劳测试载荷的影响。一方面是为了避免过度测试造成不必要的损伤，也避免由于测试载荷不足造成叶片的风险。

关于疲劳测试设备方面。目前主要有三个类型的疲劳加载设计，一是直线式的疲劳加载设计。这也是艾郎一直在用的，载荷控制非常好，但可能气振能力有限，可以慢慢退出使用了。第二，离心式的疲劳加载设备，该设备结构非常简单，成本低廉，但自身重量比较大，特别是在大叶片的测试上有额外的自重载荷。第三，目前引入的由同济大学团队开发的牵引式疲劳测试系统。

 一开始我们引入设备是基于100米及大叶片测试碰到疲劳测试载荷不足的困难而寻找的解决方案，它的自身重量比较大，100米以上叶片疲劳测试需要更大功率的设备。这么大设备的重量收缩了设计人员通过叶片的配重调整载荷的空间，同时重量加大，使测试的频率大大降低，加强测试的周期。牵引式疲劳加载系统是模块化设计，可以叠加多台设备满足大叶片的测试需求。

（PPT图示）这里展示得是去年一款80米级别的叶片使用牵引式设备加载实验。控制软件也具有自动调节载荷的功能，可以通过传感器实时监控叶片频率的变化调节频率，也可以同步调整载荷。

（PPT图示）该视频是进行的单点双模块的疲劳加载。右边是双轴疲劳加载的实验，很遗憾，因为上海疫情的原因，原本今年上半年将在实验室进行的牵引式疲劳的双轴加载实验推迟了，推迟到今年下半年进行，所以双轴方面目前就放了当时在上海实验室进行的双轴加载的实验。

牵引加载设备有什么弊端？目前比较大的弊端是牵引缆绳强度的问题，该问题我们和同济大学的团队进行了大量实验，目前基本上满足日常的测试需求。

最后给大家分享我们南通测试台的基本情况。艾郎的南通实验台从去年7月份开始运营到现在进行了10款左右的叶片测试，叶片长度从80米覆盖到接近110米，我们总共有4个工位，能测试120米以上的叶片，大家如果有需要的话可以会后与我们联系。

以上是我今天发言的全部内容，谢谢！

（文章内容来自于现场速记，未经本人审核）