复合材料风力叶片疲劳寿命分析-交通大学机械系-风能网站.PDF

風力發電技術與實務推廣教育培訓班 複合材料風力葉片疲勞壽命分析 研究生賴文祥: 指導教授：金大仁 教授 大綱 前言  疲勞分析方法  葉片疲勞損傷分析  葉片有限元素模型  疲勞分析實例 複合材材料疲勞實驗  應變實驗 前言  複合材料葉片長期受風力負載， 雖然風力負載未達到葉片破壞， 但反覆的受力長時間下來會有疲 勞破壞產生。 疲勞破壞已經是風力工程失敗造成系統失效的主要原因之一。 疲勞分析方法(一)-雨流法 在做疲勞分析時，當受力為隨機 不規則時，可以透過雨流計算方 法將其應力譜分類成不同平均應力和不同振幅應力，將原始應力 譜簡化 [4]S.Ariduru, “Fatigue Life Calculation By Rainflow Cycle Counting Method”, pp.1~36, 2004 疲勞分析方法(一)-雨流法  雨流計算方法規則如下  1.雨流法是將負載頻譜圖轉九十度，時間變為垂直軸，像 雨滴自每個轉折點順勢而下，然後依照下列規則形成雨流 法的規則。  2.雨滴由一個波峰(波谷)流向另一個波峰(波谷時，如果後) 者大於前者值，則停止雨流，此區間為其應力值，算為一 個半週期圖( 1-2) 。  3.當雨滴流下時，遇到上一雨滴的路徑，雨流停止，此區 間為其應力值，算為一個半週期圖( 1-3) 。  4. 雨滴向左流為壓應力，雨滴向右流為拉應力。  5. 一個半週期壓應力值與一個半週期拉應力值相同時，可 合為一週期循環。  最大應力加最小應力除以2為平均應力。 疲勞分析方法(一)-雨流法 將負載 時間圖- 轉九十度 疲勞分析方法(一)-雨流法 圖( 1-2) 圖( 1-3) 一個半週期壓應力值與一個半週期拉應力值相同時，可合為一週期循環 疲勞分析方法(二)-流程圖 風速 時間- FFT BEM 找週期 頻譜圖 負載 時間- 找平均應力 次數 FEM 與振幅應力 應力時間- 在不同頻率下之平均應力、振幅應力 Goodman圖得平均應力=0時之振幅應力 計算疲勞損傷 疲勞分析方法(二)隨機風速- 時間圖- 風是隨機的，裡面包含很多不一樣的頻率 wind speed(m/s) 20 stress(MPa) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 time(min)