风电叶片模态参数的模拟识别与试验验证

任 建， 冯忠彬

（山东省黄河计量研究院, 山东 济南 250100）

引言

风电叶片的发展趋势必然是大型化和海洋化，为了风电机组的安全可靠运行，避免共振现象发生，根据IEC61400-23标准，对风电叶片进行模态参数识别是全尺寸结构测试中一项关键内容。识别叶片的低阶（一阶、二阶）固有频率，不仅可以错开风电机组的激振频率，保证风力机组安全运行，而且在叶片的气动结构设计中也至关重要。模态分析作为研究结构件动态响应的技术手段，可分为计算模态和试验模态，计算模态对数学模型的准确性要求较高，而后者则对仪器设备要求很高[1]。

本文将数值模拟和模态试验方法有机结合，对某型aeroblade1.5-51.2风电叶片摆振方向以离散化悬臂梁形式作等效简化，进行了数值模拟。最后采用力锤激振法，在某大型风电叶片测试平台上对模态参数识别进行了试验验证。

1 风电叶片模态参数数值模拟

1.1 计算模型

对风电叶片自振频率进行数值计算时，将叶片等效为悬臂梁，如图1所示。

图1 中，O为转轴，LR为叶根到转轴的距离，LB为叶片长度，h和b分别为叶片的厚度和宽度。以有限元理论为基础，将叶片沿展向离散为n段，叶片振动可等效为有限自由度体系振动。

根据达朗贝尔原理，无阻尼自由度体系的自由振动方程表示为：

无阻尼自由振动可认为简谐振动，其自振频率表达式为：

式中M为质量矩阵；ω为自振频率；K为自身刚度矩阵。

式（2）可等效为：

根据上式即可得出叶片的各阶固有频率及其振型。……