海上复合材料风力机叶片可靠性疲劳损伤寿命评估

摘要整理

本文提出了一种随机劣化建模方法和疲劳损伤评估方法，用于海上环境下运行的复合材料风力机叶片。基于叶片沿展向的载荷估计、应力分析、疲劳裂纹扩展和疲劳失效寿命概率，对复合材料叶片的疲劳损伤进行了分析和评估。叶片的复杂应力状态主要由改进的叶素动量理论产生的气动载荷、重力载荷和离心载荷引起。在实际疲劳损伤扩展过程基础上，对风力机叶片疲劳特性进行了研究。引入随机伽玛过程计算叶片在各种临界限值下的疲劳失效概率，并结合全寿命周期成本分析确定最优维护策略。采用美国国家可再生能源实验室5 MW风力机叶片作为数值算例，验证了所提方法的适用性。数值结果表明，该方法可为复合材料风力机叶片的应力状态估计、疲劳损伤评估、寿命疲劳失效概率分析和最优维修时间确定提供可靠的工具。

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