1、 風力發電機組第23部分：轉子葉片的全尺寸比例結構試驗1主題與范圍本技術規范為風力機葉片全尺寸比例結構試驗和相關結果的說明及評估提供了指導方針，作為葉片整體設計驗證的一部分。在該技術規范中，應考慮下列試驗：靜態強度試驗；疲勞試驗其它葉片特性試驗假設決定試驗參數的數據是可用的。在本技術規范中，設計負荷和葉片的原料數據作為確定和評估試驗負荷的起始點，與實際負荷相關的設計負荷的評估則不在本技術規范的范圍內。本技術規范不包括：試驗設備采購的詳細規范；覆蓋進行強度試驗所有方面的詳細工作指導；作為確定葉片及其組件基本原料強度和疲勞強度設計依據；替代精確的設計流程；用來試驗機械功能。本技術規范編制中，進行的

2、是水平軸風力機葉片的實物測試，多數是纖維加固塑料和環氧樹脂/木材葉片。然而，其它結構，尺寸和原材料的風力機發電機組同樣適用其中大的原則。2引用標準下述標準文件中所含條款，通過在本技術規范中引用而構成本技術規范的條文。凡是注明日期的引用文件，其隨后所有的增補版或修訂版和其它版本均不適用于本部分，然而鼓勵根據本部分達成協議的各方研究可使用這些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件，使用其最新版。IEC和ISO的成員國進行最新有效的國際標準的登記。IEC60050415：1999國際電工詞匯第415部分：風力發電機組。IEC614001：1999風力發電機組第一部：安全要求；ISO2394：199

3、8結構可靠性通用原則ISO/IEC17025：1999標定計量單位標準和實驗室試驗通用設備。3定義通常風力機或風力能源相關的定義對該更確切，IEC60050415提到的以及下述定義的，該技術規范的目標是3.1執行機構用恒定或變化的力或位移操縱的設備。葉片轉子的旋轉及氣動設備葉根轉子葉片與轉子襯套相連接的部分翹曲壓力荷載下非線形的偏差引起的非正常形態葉弦葉片翼型橫截面上前沿和后沿相連的參考直線長度（葉弦片）按一定的慣列定義恒定幅值負荷在疲勞試驗中，應用恒定幅值和平均值的循環負荷蠕變在長時間持續負荷下引起應力的不斷增加設計負荷葉片設計承受負荷，包括相關部分安全系數沿邊向與局部葉弦平行的方向疲勞公式

4、評估疲勞壽命的方法3.11疲勞強度重復負荷下材料或結構元件的承受能力的測量值疲勞試驗一種使用恒定或變化幅值的循環負荷作用于試驗本體的試驗固定件引入負荷或支撐試驗樣本的組件和設備沿翼向與未變形的動葉軸伸展表面方向垂直的方向沿展向與局部葉弦和葉軸高方向垂直的方向3.16全尺寸試驗在實際結構或組件上進行的試驗內側朝向葉片根部前后沿平行與伸展表面的幾何平面，垂直于不變形動葉的縱軸的方向靜態負荷在所有方向和葉高位置上最大設計負荷的集合形態試驗決定整體固有頻率、阻尼和結構形態外形的試驗固有頻率（eigen頻率）在這一點頻率當受到干擾時整體允許的自由振動非破壞性試驗不改變整體性質的檢查方法外側指向葉尖準安全

5、系數用于修正負荷和原材料強度典型值的不確定性的系數點負荷一個負荷或一組負荷作用在離散葉展位置徑向位置在幾何平面上從轉子中心到轉子軸的垂直距離R比率循環負荷中最小與最大值的比值3.28服務負荷負荷頻譜，包括實際操作環境的典型連續場量SN公式用來表述應力（S）和材料循環（N）特性、組件和結構整體的方法沿葉高平行與動葉縱軸的方向靜態試驗定值、定向的特定負荷作用于試驗樣本的試驗剛度力的變化（或扭矩）與彈性體、非固定體位移變化的比值應變在應力作用下材料拉長值（或切位移）與最初材料長度的比值皮重負荷由重力引起的力或力矩試驗區域承受設計負荷試驗體的部位試驗負荷試驗中應用的力和力矩厚度垂直于葉弦，葉片翼型上部

6、與下部表面之間的最大距離扭轉葉片截面的葉弦直線在角度上沿葉高方向發生變化最大強度材料或結構元件最大（靜態）承載能力的測量值變化振幅的負載應用的非恒定的平均值和循環幅度的循環負載威爾福樹將單一負載源分散放置在試驗樣本的多個點上的設備4符號4.1符號Fx沿翼形方向切應力Fy前后沿切應力（轉子協調系統）Fz沿葉高方向拉力（轉子協調系統）Mx前后沿彎矩（轉子協調系統）My沿翼形方向彎矩（轉子協調系統）Mz葉片扭距（轉子協調系統）Fa沿展向切應力（葉弦方向協調系統）Fb沿邊向切應力（葉弦方向協調系統）Fc沿葉高方向（拉）應力（葉弦方向協調系統）Ma沿邊向彎矩（葉弦方向協調系統）Mb沿展向彎矩（葉弦方向協

7、調系統）Mc葉片扭距（葉弦方向協調系統）D理論損失C材料強度轉換系數f強度F負荷g強度系數4.2希臘符號Y部分因子（偏因子）o應用應力和拉力4.3下標符號design設計負荷條件df設計負荷：疲勞du設計負荷：靜態ef試驗負荷疲勞公式的不確定系數f負荷ff疲勞負荷fu靜態負荷k特性值m材料n故障影響nf疲勞故障影響nu靜態故障影響sf葉片間振動：疲勞試驗負荷Su：葉片間振動：靜態試驗負荷Target：目標負荷條件Test：試驗負荷條件4.4縮寫詞SSF：靜態強度系數RSSF:相對SSFMSS：最小靜態強度FSF：疲勞應力系數RFSF：相對FSFMFS：最小疲勞強度RMFS：相對MFSWGTS：

8、風力發電機組5通用原則5.1試驗目的風力機葉片試驗的基本目的是為了證明葉片型號，在制造過程中相對確定的系列規格。必須說明：葉片可以承受在它的設計服務壽命中可能經受的最大負荷幫疲勞負荷。通常，技術規范中的全尺寸試驗主要進行有限數目的樣本試驗，只試驗設計提供的一到兩個葉片，所以不能得到生產中片強度的靜態分布規律。雖然試驗提供了葉片型式的確鑿信息，但這此既不能替代精確的設計程序，也不能替代一系列的葉片生產質量保證體系。5.2臨界狀態考慮到其它影響，有代表性的試驗負荷能高于設計負荷，例如，環境影響、試驗的不確定性以及生產中的變數（見第9章）對臨界狀態實際余量的確定非常有必要，因為，這個余量能提供試驗葉

9、片抵抗力實際安全性的一個評估，然而，這種價值的體現并不直接，也并不要求作為一個可能的方法必須應用。5.3實際約束實際的試驗操作受到技術和經濟條件的限制。最主要的一些受約束條件如下所列：模擬的葉片上的負荷分布只能近似精確；試驗的時間通常僅有一年或更短；僅測試一個或少量葉片；某些失敗很難被預見因為以上約束條件會做出一些處理，以便最終的試驗結果能用來對定義的臨界狀態進行評估，試驗會是一折衷產物。考慮到結果的體現，用來試驗的葉片通常是系列產品的第一代葉片，而且是經過發展改良的，這些應該心中了解，即使是最小的修改也可能影響試驗的有效性。5.4試驗結果設計負荷是試驗負荷及隨后嚴格的試驗負荷評估的基礎，如果

10、在試驗期間沒有發生葉片損傷，同時葉片結構和試驗負荷都經過準確評估，那么預示著葉片滿足設計要求，雖然如此，我們必須知道測試內容和不測試的內容。5.4.1測試內容按設計計算，葉片必須能承受設計負荷。在這些設計計算中隱含了一些假設：精確計算應力和應變或保守的估算；精確或保守估算所有有關材料和細節的強度及疲勞公式是精確的或保守的；產品是以設計為依據的；當一個全尺寸結構比例試驗作業最終設計驗證時，上述的假設合理性同時得到檢驗，當試驗中葉片損壞，那么至少上述假設中一項被違背了，雖然沒有更深的分析清楚說明是什么導致這非預料性的失敗。當葉片經過試驗沒有出現非預計性或嚴重的損傷，那么就有把握說葉片的設計和生產沒

11、有可導致不安全情況的重大錯誤，然而，這還不是絕對的保證，因為，可能有些設計假設中的錯誤。在全尺寸試驗環境條件下相互抵銷了，但他們在實際操作環境中不會抵銷。5.4.2非測試內容全尺寸試驗中，下列內容不被測試（和驗證）設計負荷的正確性；由于環境條件與試驗時條件不同產生的影響；結果的分散；生產或設計中可能的變化；6葉片數據6.1概要通常用一些圖、技術規范和部件列表來說明葉片。同時還配有操作、運輸和儲存相應的指導。試驗葉片的設計和建造都應有可查找的文件根據，例如圖紙，要附注分層草圖和簽名的檢查報告。葉片應有自身唯一的特性說明書。特別是如果試驗葉片與系列生產葉片有不同，那么不同點要清楚地在文件中標出。要

12、安全確切說明葉片性質需要大范圍的數據，這些數據被各個方面使用。例如，實驗室必須有基本體積數據以便決定葉片是否合適試驗床，而更細節的原料信息則用來評估和測試。這些基本分類如下所述。6.2外部尺寸與接觸面在圖紙上應確切說明葉片的尺寸，至少提供下列數據（舉一個例子，見圖1）葉片從根部到頂部的長度；螺栓式樣和葉片根部接觸面尺寸；葉弦與扭轉的分布位置為了確定整體尺寸的表面，需要進行設備試驗，葉片的最大偏差和負荷均應提供。第15頁圖圖1表示外部尺寸和接觸面的圖例6.3葉片特性為了試驗和評估的目的，特別說明下列內容：葉片包括外加負荷部件至少5面良好分布位置的幾何輪廓主要內部組件的位置與特性使用材料（見6.4

13、）原料分布基本制造過程性質鍛壓及層狀結構組成部分不銹鋼及金屬組件固定裝置連接件葉片至少5個良好分布位置截面性質彈性區主要彎曲剛性主軸剛性區扭轉剛性區剪力中心區總質量及質量分布重心位置固有頻率（第一、二級沿平展方向和沿邊向，第一級扭轉）主要特性公差以強度為基礎的試驗應提供選擇下每個橫截面有關的強度6.4材料數據一些試驗區域使用的材料相應的強度/或疲勞公式及彈性特性均應提供。對于疲勞強度，這包括恰當的SN公式，循環計算步驟，合適的損壞累積模型，R比率影響其它6.5設計負荷及條件6.5.1總述通常試驗負荷就是指將空氣動力和葉片扭矩簡化分布位于葉片跨度方向為分散的力，用這些力來表示一個特定的負荷情況。

14、以負荷為基礎的試驗（見8.2）應確切說明設計負荷，而對于以強度為基礎的試驗（見8.3），就不需要。應使用的標準和設計負荷包括的準安全系數均應標明。6.5.2負荷情況每種負荷情況均應以6個負荷分量來定義（Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz）,沿葉片跨度方向選取多點在試驗的重要位置，使試驗負荷得到精確評定。提供的6個負荷分量還包括用來產生復合負荷1）的相位和頻率信息。然而，并不是所有負荷都是同等重要，也不是所有負荷在試驗中都可以外加的（見第7章）。協調系統有關負荷分量應清楚說明。正常情況下，使用沿葉弦方向協調系統（見圖2）或轉子協調系統（見圖3）。用于試驗目的，建議采用圖3的轉子協調系統。第17頁

15、圖圖2轉子（沿翼形，沿邊方向）協調系統圖3轉子（沿翼形，沿前后沿）協調系統（選擇的）環境條件除了負荷之外，關于設計操作條件及試驗條件都應明確規定，這些會影響材料性質（例如濕度、溫度）機械裝置在像頂部制動器這樣的重要部件上外加負荷通常與在葉片上外加負荷性質不同，需要特別的技術規范和詳述試驗說明。66試驗區域沒有一個試驗能同時加負荷到整個葉片，外加有代表性的負荷到重要的區域。請考慮下列可能的重點區域：在跨度之外葉片內側部分，這部分性質緩慢變化葉片的一些部位，那里計算中采用最小余量系數來抗扭曲，計算強度或疲勞壽命葉片上與空氣動力制動裝置連為一體的部分，此部分結構特性受空氣動力制動裝置影響這些區域試驗

16、情況應詳述6.7特殊的葉片修改為了試驗的目的能存在一些特殊的葉片修改。在疲勞試驗中，在一個可接受的時間框架內負荷必須放大來做試驗。在某些情況下，疲勞負荷要求的放大量可能導致某些不用考慮做試驗的部分損壞，在這種情況下，可以考慮特殊的葉片修改，以可能由于外加負荷加強而修改。所有特殊的葉片修改都應詳述。6.8根部固定在某種條件下應考慮做根部區域試驗，根部安裝細節應詳述：包括螺栓的技術規范和裝緊程序，固定長度，輪轂剛性等等6.9機械裝置如果一個機械裝置的結構接觸面要試驗，那么最好機械裝置和適當的固定裝置引入由葉片提供的負載。任何機械裝置和固定裝置承載物，位置及配置的附加數據都應詳述。7設計和試驗負荷條

17、件的不同7.1總述設計負荷包括下列負荷要素沿平展方向彎矩沿邊向彎矩在平展方向加負荷剪應力在邊方向加負荷剪應力扭矩徑向負荷然而，實驗室試驗必須有限制。在試驗中，負荷并沒有實際加到所有構件上，也沒有建立與設計環境相同的條件，更有甚者，做疲勞試驗必須加速，增加試驗負荷使之大于設計負荷以至在某個試驗階段里葉片承受明顯的疲勞損傷。還有，它不同于加負荷理想狀態下的情況，也應考慮例如，外加集中負荷，增強的剪力負荷及扭負荷。同樣，通常情況下，也不可能平等試驗葉片所有部分，即使是簡化的負荷也應按排在規定的有效區域試驗。在很多情況下，為了解釋試驗條件和假設負荷或強度數據角度的環境條件不同（例如實驗室環境通常與設計

18、和操作環境不同），必須修改試驗負荷。用來判斷評估的有關因素是個問題，在第9和第10節討論。在下列章節中，將討論一些可能存在的設計與試驗負荷條件不同之處。外加負荷在一個試驗中，外加負荷往往集中在葉片沿跨度部分（見12.3），由于負荷的集中及可能橫截面的加厚，那么，通常橫截面的變形可能不發生，這將改變葉片就地應力。那些外加負荷點因而遠離了試驗詳細規定的那些區域。第19頁圖4圖4理想和試驗負荷不同的力矩分布彎矩和剪力在一個試驗裝置上，通常負荷僅加在一些數量的部件上，而理想的所加試驗負荷應的連續的，這會導致部件沿跨度方向力矩（見圖4）及剪應力不同。通過增加動作機構外加負荷的橫截面數量，這種情況可改善。

19、然而，增加動作機構數目也便增加了并不準備試驗的一些葉片區域（見7.2和10.2）雖然如此，試驗中的沿跨度方向力矩與剪應力分布必須盡可能的與設計負荷接近。通常，這對力矩分布很重要。沿平展方向和沿葉片邊方向的合并在靜態和疲勞試驗中，外加的沿平展方向和沿葉片方向的負荷合并后其結果最有代表性。僅外加沿平展方向彎矩或僅外加沿葉邊方向彎矩，產生的應力和變形/或損傷率在某些區域可能低于設計值，特別是，如果應力和變形是隨負荷負荷非線性變化，而且這并不計入評估，那么原則上評估不如當同時外加沿平展方向和沿葉邊方向負荷時那么精確。徑向負荷由于重力和離心力在運行中的風力機葉片上產生了徑向負荷，通常，在沒有顯著結構改變

20、的試驗裝置上，在葉片外加分布良好的離心負荷是不現實的。由徑向負荷產生的應力相對比較小。徑向力與彎曲合成后可能非常顯著（例如：對葉根固定裝置來說，這可以通過適當調整彎曲構件來補償。扭轉負荷、對大多數葉片來說，扭矩經常很小或忽略不計。如果認為這是有關系的，那么需外加扭矩。通常，試驗負荷設備偶爾產生一些意想不到的扭轉負荷（見12.7.3），這種影響應評估。機械裝置位于葉片外部的機械裝置的動力環境非常復雜。在這些外側區域里，徑向負荷能產生重要影響，不應被忽視。由于試驗裝置徑向負荷的缺少，可能不能適當試驗機械裝置結構接觸面。因此，為了試驗結構接觸面應考慮包括徑向負荷在內的特殊試驗安裝。然而，為了防止過分

21、復雜化，僅試驗機械構件結構接觸面最重要的設計負荷要素。7.8環境條件試驗過程中，環境和時間條件都與設計條件不同，這些條件包括：濕度溫度影響紫外線輻射時效性（疲勞強度與時間相互作用）灰塵鹽分化學污染通過使用適當的強度和疲勞公式來設計和試驗，在評估中相關影響均應考慮。然而，對不同條件的不同設計公式的有效性不進行試驗。7.9負荷頻譜和順序設計所加負荷通常是一組負荷，有一定負荷循環周期，以實際隨機負荷情況為基礎。由于一些現實的原因，基于設計負荷的試驗負荷更為簡單化。它可能是一個有限變化的循環周期，數目遠遠少于設計負荷。因為循環周期的減少和其它影響，對試驗負荷負荷幅值及平均值都較高。結果導致試驗負荷頻譜

22、與設計負荷大大不同。不考慮這個不同，試驗負荷和設計負荷可能均等，然而，關于此項結論還要仰賴于疲勞公式的精確度（見9.3.2和附錄B）,此外，設計負荷的負荷循環順序也是不同的。通常，負荷循環順序產生的影響不考慮在疲勞公式之內，這是因為通常不能完全知道影響程序而且即使知道，計算也很復雜。8試驗負荷81總述設計負荷或設計強度應明確規定，以便決定試驗負荷。試驗負荷可以以負荷為準或以強度為準，以負荷為準的試驗使用完全的設計靜態負荷或選擇負荷情況。進行靜態負荷試驗的目的是為了說明葉片能承受計劃負荷而不產生損傷，通常作為驗證過程的一部分。靜態負荷試驗必須包括一個試驗前試驗負荷評估，這在第10章列出。進行選擇

23、性負荷試驗使用一些選擇的負荷分布作為基礎。以強度為準試驗使用制造葉片強度數據作為基礎。設計者/制造者使用上述兩種試驗類型，通過加負荷使葉片破壞來決定強度余量。2）以負荷為基礎的試驗8.2.1設計靜態負荷試驗8.2.1.1總述這種類型的試驗用來證明，試驗葉片在一定可行等級中，在運行或極限負荷條件下能達到結構設計要求。破壞試驗既無法達到也不要求，試驗目的只為了表明葉片能承受要求負荷而不損壞。不同的負荷條件使負荷方向變化很大，所以對于一給定葉片，在單個試驗中不可能試驗所有的負荷條件和葉片位置。試驗負荷的基礎是整體靜態葉片設計負荷，來源于被廣泛接受的如IEC614001這樣的標準或其它同樣的資料，這種

24、類型的試驗對設計驗證來說推理最小。為了得到合適的試驗負荷，負荷通過系數調整，這在第9章討論，這些在靜態負荷試驗條件下系數的評估應在試驗前進行。這個過程的細節在第10章討論。8.2.1.2靜態試驗靜態試驗中，考慮到制造葉片數量的變化和實驗室設計環境條件的不同，葉片應加載每種最嚴重設計負荷條件。因為并不希望葉片在進行設計靜態負荷試驗時損壞，所以使用嚴格的、有效的試驗來完整地測試葉片。例如，如果不同的認識環境或負荷分布代表不同的極限負荷情況，那么要按順序試驗每種情況。做這些加負荷試驗時，負荷引入固定裝置，要改變位置或方向，也要變化負荷值，保證葉片所有有關區域均經過試驗。8.2.1.3疲勞試驗在選擇的

25、關鍵區域試驗負荷加載試驗產生的疲勞損傷必須與設計負荷帶來的相同。基于實際原因，通常疲勞負荷選擇縮短試驗時間，圍繞整個葉片截面的試驗區域，各種沿展向和沿邊向的負荷合并共同產生作用。更詳細的加載方法的討論和最終加載試驗負荷時的負荷因子將在第9、10章給出。因為并不希望葉片在進行設計靜態負荷試驗時損壞，于是在做完疲勞試驗后，出現了兩種選擇，一是進行非破壞性靜態負荷保證試驗，或是殘余強度負荷至疲勞破壞試驗。8.2.2選擇性負荷試驗葉片的試驗負荷可以來源時挑選的單個設計負荷情況。通常，葉片在一種負荷分布情況下進行靜態或疲勞破壞試驗，該負荷分布具有符合規定的設計負荷的情況。這就產生了加載負荷與葉片相對這些

26、負荷最脆弱位置的疲勞強度之間的余量，當葉片強度分布還未確切知道或全面的試驗負荷評估還未在試驗之前完成時，可以用此方法進行試驗。這種試驗應在那些不會導致破壞的試驗之前進行。例如，它可以用來測定負荷靜態試驗后的殘余強度，或者極限負荷加載后的疲勞強度。連續或高強度負荷增加用來驗證時間損傷。如果葉片適合多種使用標準，試驗后評估用來確定相對那些標準的余量，然而一旦做了設計負荷評估，可能發現試驗外加負荷對通過負荷要求的試驗負荷來說，在所有葉片等級上都是不相稱的，如果故障最終余量大小可能導致產生非結論性結果。而且，這種方法僅允許試驗一種負荷條件，因為試驗過程中葉片會損壞（故障）。如果，試驗的主要目的是為了證

27、明葉片符合設計標準，負荷靜態試驗的整個方法應在最初考慮中給出。8.3以強度為基礎的試驗8.3.1概要以強度為基礎的試驗允許用來直接驗證葉片強度，評定設計計算方法，設計結果本身可能得到改善，這種方法可用來在一個大區域中尋找相對要求強度來說強度最弱位置。在感興趣的部位對于葉片的可能最大長度，負荷的選擇與強度成比例。強度分布自然規律和試驗組織結構的限制，將最終決定強度分布試驗區域的尺寸。隨著葉片大范圍均能符合相對期望強度的理想條件，就可能進行靜態破壞加載或感興趣的疲勞負荷級加載。如果試驗負荷類型想要與決定設計的負荷類型不同，例如，一種葉片它的設計是通過疲勞操作負荷決定的，使它經受極端加載試驗或缺陷試

28、驗，那么以強度為基礎的試驗特別有用。對這類情況來說，葉片強度分布通常與設計負荷情況不同，這個設計負荷情況不能確定它的設計。以強度為基礎的試驗的另一個目的可能是用來評定在葉片出現的大塊材料與用來試驗原料強度的小試樣之間的強度減弱。由于試樣和最終的葉片在同樣控制的實驗條件下均能試驗，就能獲得受外界影響最小的評定。如果使用威爾福樹或其它多點加載，就選擇能使加載曲線與強度曲線外形匹配的外加負荷點，如果使用單點加載，就選擇使試驗感興趣部位負荷對理想強度比率最高的負荷點加載。選擇試驗區域以外的強度也應接受檢驗，以減少由于意想不到區域故障而損壞試驗試樣的危險。如果意想不到的故障模式被視為可能，就可以調整負荷

29、的分布。相反，在同一試驗中多個部分用來試驗故障強度的負荷是有意施加的，這樣相對于預告的最低強度將被發現。按自身的特點，以強度為基礎的負荷將產生沿葉高區域相對恒定的高應力。這樣，變形的測量值在廣泛位置上將接近定值。如果正好在或接近結構缺陷，例如，內部材料層就可以監測到葉片最大變形，在無特性變化的位置，能測定典型的大變形，另一種情況，產生大面積相對恒定變形的能力用來幫助調查感興趣區域的性質。8.3.2靜態試驗對一個以強度為基礎的靜態試驗，相對給定方向的加載沿葉高方向強度分布應給出。需注意保證加載方法不會引起非意想的局部翹曲或過度剪力。如果檢驗翹曲穩定性是試驗的目的，那么以強度為基礎的加載伴有合適的

30、方向會產生很大的高應力區，這會使葉片達到它的穩定極限的可能性最大化。8.3.3疲勞試驗對疲勞試驗來說，作顯沿葉高位置的一個函數，強度分布曲線應以葉片的計算疲勞公式為基礎，多層脫落改變的原材料成分和其它結構細節，這些對靜態加載試驗都有較小影響，這些都應考慮。這些細節可能會有一個不同的疲勞特性。因此，使用循環調整系數的單個強度曲線可能并不適用于做所有可能試驗的基礎。負荷方面的變化可以改變試驗疲勞狀態和強度曲線。如果不同原料類型或結構特伴有不同的疲勞反應，那么應產生限制因素，必須關注：保證強度曲線適合試驗條件和認識環境。8.4負荷靜態試驗各方面8.4.1負荷合并如果葉片試驗采用的是沿展向和沿邊向要素

31、結合的負荷，那么一個方向的最大負荷應與另一個方向的適當的負荷合并(并不必須是最大的負荷)。在一個靜態試驗中，每個方向輪流施加最大負荷，與另外方向上的適當的負荷合并。必須注明：當一個必然發生的負荷合并恰好施加到特殊方向負荷值并不必須是最大的，但葉片可能在那種特定疲勞狀態下最易損壞，對于每種負荷組合葉片應在規定的負荷持續時間隨負值最大值。8.4.2靜態加載期間由于通常大多數葉片隨負荷持續時間材料發生強度縮減，因此試驗負荷持續應盡可能地保持尖峰設計負荷。如果設計負荷相關信息提供了一個定義好的，在葉片上施加尖峰負荷的持續時間，那么試驗負荷和持續時間均應直接以此為基準。如果難以確定常規恒定試驗負荷多大的

32、持續時間對設計負荷的時間歷史來說是個好的匹配，那么建議10S作為最小值，建議避免采用比設計負荷持續時間短的值，那樣會要求引入使用一個強度換算系數，因引在試驗結果的說明中，引入不理想的不確定性。負荷疲勞試驗各方面8.5.1試驗時間的縮減由于實際原因試驗時間必須被縮減，這可以通過對設計負荷的下列修改來實施。提高頻率；忽略非破壞性循環；增大負荷；可能的試驗頻率(0.5HZ-5HZ)通常不高于設計負荷主頻，個假設設計負荷的循環數大約為20米葉片5億次試驗1Hz需要15年，除了提高頻率外，其它設計負荷的修改也是必需的。忽略非破壞性循環的影響取決于材料（例如S-N曲線斜率、疲勞極限等等）。需要分析整個循環

33、中哪部分能看作是非破壞性的部分。通常對大葉片來說，必須增大負荷獲得大約1千萬循環數或略少的實際試驗。這是試驗盡可能接近實際，與獲得更多試驗時間兩者之間的一個折衷。8.5.2對負荷放大率和頻率的限制由于上面提到的相關考慮設計負荷必須放大到一個適當的試驗負荷。當負荷被放大時，應力和變形增加，這種放大理論會導致相應的疲勞損傷積累，然而，對這是有限制的。應力和變形的最大值可能大于材料的靜態強度，最終導致靜態損傷或靜態破壞。更有甚者，應力和變形可能非常高以至于通常外力與應變之間線性關系的假設不再適用。例如，翹曲這種情況。結果導致在非放在負荷試驗中不會出現的內部力或結構力矩由于放大試驗而產生，這樣試驗就不

34、十分地切合實際或難于說明了。所以，由于葉片的靜態強度和非線性因素，在加載疲勞負荷時，就對應力和變形的最大值做了實際的限制，特別是在變幅值加載情況時，這些限制使負荷放大系數相對比較低。在這種情況時，只有中級負荷循環能不斷增加，結果試驗負荷變得越來越是一個定幅負荷。（見圖5）隨著增大疲勞負荷和頻率，另一個問題是對某些材料來說，高應力區域的內部發熱。這也能加速疲勞損傷。實際上，當顯著發熱無法避免時，發熱應最小化到一定程度，溫度升高應受監控和紀錄，這樣就能分析發熱的影響了。第25頁圖5圖5負荷放大的實際限制8.5.3負荷類型疲勞試驗有很多類型的負荷，他們可能是：定幅負荷巨大負荷變幅負荷單軸負荷多軸負荷

35、多點負荷這此負荷類型在12.5.1中解釋。靜態和疲勞試驗順序在動中經過象靜態試驗這樣的非破壞性靜態試驗后，就能進行疲勞試驗。這對象鋼這樣的材料也許不適合。因為這此材料在高度加載后，疲勞特性會增強，建議剩余強度試驗在疲勞試驗完成之后進行。8.7機械裝置機械裝置和它的機械接觸面的負荷情況與整體葉片加載情況或特殊設備操作條件有關。舉例說明，一個回轉葉尖在它的運行位置能沿平展方向進行負荷試驗或在特別試驗中，外加負荷在調整的葉尖位置（見6.5.4和7.7），在這一個例子中，機械裝置和機械接觸面是作為構成葉片結構負荷路經整體的部分。通常考慮外加負荷試驗應在任何可能感興趣的區域進行，機械裝置是其它情況的結構

36、試驗，例如，葉尖在停止位置，則應考慮適當的調整或對此條件相應的試驗。9試驗負荷因素9.1概要試驗中，應考慮各種負荷因素，那些來自設計的將在9.2中討論。除了這些，另外還有由于引入的試驗方法而用來計算影響程度的試驗負荷因素，這些試驗負荷因素在9.3中討論。9.2設計中使用的準安全因子9.2.1概要在設計計算中必須包括準安全因子（或系數），根據ISO2394這些包括：rm：準材料因子：rn準故障因子；rf準負荷因子在設計計算中所有三個準安全因子（rm、rn和rf）必須使用。這些準因子的結果在整個設計的安全等級上是一個重要數字。對于試驗負荷來說，僅rn和拋有下述理由影響試驗負荷。顯示準安全因子的結果

37、（rm、rn和rf）與很多設計標準同樣重要。然而，一些標準主要將整體安全性分配到這三個中的一個或其它因子。對于設計來說這沒有區別，因為所有這些都必須應用。然而，對于試驗來說有區別因為僅有rn和rf會影響試驗負荷。這在附錄A中說明，還包括一個處理該問題的實例。9.2.2材料準因子常用材料準因子r通常用來解釋說明介于材料結構特性和試驗控制樣本測量值之間的不確定性，例如，換算系數的不確定性。換句話說，生產葉片的實際材料的強度和疲勞特性可能比試驗中那些強度和疲勞公式的基礎材料要差，由于試驗葉片的材料是真實材料，那就不應通過系數來增加分析。材料換算系數要考慮結構上材料的條件和使用強度和疲勞公式條件之間的

38、特殊差異，如尺寸影響濕度、時效、溫度等等系數都是換算系數。這些都會在評估時通過使用適當的強度和疲勞公式而間接使用（見9.3.3和10.4.4）9.2.3故障影響準因子故障影響準因子rn考慮結構的重要性，還考慮（包括事故的典型類型）了事故影響重要性。因為對于一個非失效安全部件（如葉片）應要求比一個失效安全部件更高的安全等級。這種情況下，實物疲勞試驗能反應這促額外的安全要求。結果，試驗負荷中應包括這些因子。9.2.4負荷準因子在設計過程中，負荷準因子rf考慮的是負荷的不確定性。因此，試驗葉片必須承受設計負荷，包括給負荷加適當準安全因子。9.3試驗負荷因素9.3.1葉片與葉片間變動通常在實物葉片試驗

39、中僅試驗一個樣本并作為最終設計驗證。沒有集合關于實際葉片強度可能散布的信息。這就出現了問題，因為沒有一個好的方法能知道試驗葉片代表的是生產葉片分配的哪個部分。如果確信試驗樣本的強度接近于平均水平，那么從一大堆強度低于設計強度的葉片中選出了一個強度高于平均水平的，這就使試驗結果產生了誤導。然而，在全尺寸試驗中，葉片的大部分區域被視作試驗負荷等于設計負荷，許多細節和大片區域同時試驗。這與在相同條件下試驗大量小樣本，取最先損壞的樣本數據作為試驗結果，這樣的實驗有某些可比性。統計表明這意味著對葉片來說，一個低于平均值少分散的樣本比小尺寸樣本更合適。另一方面葉片的損傷累積可能由于受損區域變得易變，應力重

40、新分布，而變得緩慢。雖然如此，仍可少量認為葉片面積區域平等嚴格試驗，在試驗中需要更加意識到多方面加負荷比單軸試驗要好。如果沒有特殊葉片類型的損壞可能分布數據，可參考下列試驗負荷因子。對于靜態試驗：rsu=1.9對于疲勞試驗：rsf=1.19.3.2疲勞公式中可能的錯誤由于最初的設計疲勞負荷到試驗負荷的換算，必須評估試驗負荷關于設計負荷的嚴格可比性（見第10章），這種相同程度的評定通過使用適當的疲勞公式。當試驗負荷偏聽偏信離原始設計負荷（如定幅負荷）過大時，這種可比性就越發依賴于疲勞公式的合理。（見附錄B）,本不確定的補償系數如下：（應使用）對于疲勞試驗來說，ref=1.05如果能表明試驗負荷與

41、設計負荷相比的評估很少受疲勞公式中的特性值變化影響，那么可減少上述系數（例如，S-N曲線斜率、R比率模型、順序影響）。9.3.3環境條件通常，試驗裝置條件比實際操作和設計條件要安全的多。在許多強度和疲勞公式中，這些條件表現為一些系數，然而，不同的條件導致不同的強度或疲勞公式。試驗條件比設計條件無危險的多，就需要對要求試驗負荷進行放大。通過評估試驗負荷的分布來檢驗適當的系數。但對兩種條件來說適當的強度或疲勞公式必須應用。（10.4.4）無論何時系數產生影響，都可以作為放大負荷以達到一個平等的試驗負荷的第一個必要系數的猜想。9.4負荷系數的應用以獲得目標負荷設計負荷包括準安全因子有負荷因子rf、故

42、障影響因子rn及試驗負荷因子rs和re，這些作為試驗負荷的起始點，該負荷被看作目標負荷（F）。對于靜態和疲勞試驗來說，這就相對變為：對靜態試驗來說：耳醴旳=FduX監廟Ftarget-u是目標負荷Fdu是設計負荷（負荷準因子rf）rnu是故障影響準因子rsu是葉片間振動準因子對疲勞試驗來說：Ftarget-f=FdfX/脣X嘻Ftarget-f是目標負荷Fdf是設計負荷（負荷準因子rf）rnf是故障影響準因子rsf是葉片間振動準因子ref是疲勞公式誤差準因子10試驗負荷分布之于設計負荷的評估10.1概要為了獲得實際試驗負荷而必須的修改，以及實驗室條件與外界條件的不同，由于這些原因，試驗負荷會與

43、目標負荷不同（見8.4）。試驗負荷的負荷要素之間的分配和/或比率與目標負荷不同，既然試驗必須證明葉片能隨目標負荷，那么必須評估試驗負荷。應該檢驗在葉片的哪些區域試驗負荷的確與目標負荷等同或超過目標負荷，因為試驗負荷與目標負荷的比較在葉片各區域是變化的，原則上，葉片需試驗的所有位置均應評估，在進行評估中，需要注意第7章所述不同仍然存在。10.2引入負荷的影響在一些情況中，引入試驗負荷有作為集中為施加在有限數目的位置上（例如在執行機構位置上），那些外加負荷的部分被擾亂，某個區域因為這些附件可能強度加強，因此在這些區域，葉片不能被很好試驗，就不應考慮在分析或評估中，干擾區域的長度（在縱向方向）可以從

44、計算或測量來估算。如果沒有更多分析，就假設該影響區域會在附件任一邊延伸至一個葉弦長度。10.3靜態試驗10.3.1概要在下面章節中，給了靜態試驗中評估試驗負荷分布的兩種可能的方法，每種方法都能用來評估試驗負荷是否嚴格與目標負荷相同，然而，一種可能更針對一個特殊設計計算方法，可能易于使用。其它方法也可能適用。10.3.2基于負荷要素分布的評估通過試驗負荷對目標負荷的6個負荷要素的比較，就能評估試驗負荷與目標負荷之間的相等程度。在每個橫截面，由試驗負荷產生了一組力與力矩大于由目標負荷產生的，試驗負荷比目標負荷要求高，這就意味著經受了充分的靜態強度試驗。然而，由于實際原因，并不是所有設計負荷產生的負

45、荷要素都能在試驗過程應用（見第7章），更有甚才，不同的負荷情況在葉片上能產生不同的重點應力區。這就使以負荷要素分布為基準的評估通常不太令人信服。10.3.3以靜態強度系數為基準的評估通過比較來自設計負荷和條件的目標負荷的靜態強度系數(SSF)和試驗負荷與試驗條件的SSF，實施評估。靜態強度系數表示在應力或變形水平基礎上的儲備量，這個SSF可以按下面這樣定義：SSF是這樣一個系數，通過它負荷或應力增強達到材料或結構細節的設計強度。對于SSF給出下列表達式：SSF=嘰)5()這里fk是特性強度；O是外加應力或變形水平rm是準材料系數對于設計試驗負荷和條件相對就力：SSFtarget=(4)SSFt

46、est=(5)這里0他e是目標負荷引起的外加應力或變形水平；ott是實際試驗負荷引起的外加應力或變形水平；fkdi是針對設計條件的特性強度；fk斶是針對試驗條件的特性強度通過比較以實際試驗負荷為基礎和以目標負荷為基礎的SSF,可以獲得以負荷或應力或變形為基礎的試驗負荷，在一個特定位置，試驗負荷至少要嚴格的與目標負荷一致，下面必須為真:SSFtestWSS%(6)SSFs之間的比率可作為相對SSF(RSSF)TOC o 1-5 h zRSSF=SSFtarget/SSFtes(7)(4)和(5)的替換可導出：R=(OttXfkdi)/(OtXfktt)(8)SSFtestk-designtarg

47、ek-test在此系數等于或大于1的所有位置，至少試驗負荷嚴格與目標負荷一致。RSSF大于1,要求應力或變形水平要達到的標準，能以下面方法推斷出來，由(8)式,一個試驗負荷嚴格與目標負荷一致，給出要求的最小應力或變形水平：Otest=OtargeX(fk-test/fk-design)(9)k-design假設負荷與應力或變形之間的為線性關系，由(1)式導出otargetargeO=Od.XrXr(10)targedesignunsn這里O基于設計負荷的應力或變形targe以(9)代入(10)得到下列試驗期間要不是應力或變形水平的表達式：Otest=OdesignXrunXrsn(fk-tes

48、t/fk-design)(11)10.3.4以要求的最小強度為基礎的評估原則上要計算SSF，有關次要部分的特性強度fk和/或材料和可能的應力集中區都應作為前提獲知。而以承受負荷的最小靜態強度(MSS)為基礎的評估，這些數值不必要求。最小靜態強度能按以下定義：最小靜態強度(MSS)是在定義參考條件下承受外加負荷(應力或變形)要求的最小特性強度值。此值來自：MSS=oXrun(12)對于目標負荷和試驗負荷，它相對變力：MSStarget=(13)targetMSStest=(14)這里Cdi是定義參考條件到設計條件的轉換；Ctest是定義參考條件到試驗條件的轉換；給出這些轉換系數：Ctest=fk

49、-tes/fk-ret(15)Cdesign=(16)通過比較來自實際試驗負荷和來自目標負荷的MSS值，可以得到以應力或變形為基準的嚴格的試驗負荷，對一個試驗負荷至少在一特定位置嚴格與目標負荷一致，下列必須真：MSStest三MSS(17)targetMSS值的比率可作為相對MSS(RMSS)RMSS=(18)(13)和(14)的變換可導出：RMSS=(19)在所有該系數等于或大于1，至少試驗負荷嚴格與目標負荷一致。如果對所有負荷要素來說，可能的應力集中系數相等，那么rmss與實際值無關。RMSS大于1,應力和變形水平要求達到的標準，能以下面的方法推出，從(19)式，試驗負荷與目標負荷嚴格一致

50、，給出最小要求應力或變形水平：(20)將(10)代入(20)式導出下面試驗期間要求的應力或變形的表達式：(21)用(16)、(15)式代入(21)式可得出(11)的結果。10.4疲勞試驗10.4.1概要在試驗區域中，試驗負荷與目標負荷的比較是變化的，對疲勞試驗來說，這就意味在一個不同數目的疲勞循環中，能達到試驗負荷和目標負荷的嚴格一致，由于大多數材料疲勞特性隨時間不同是非?？捎^的。而以負荷水平為基礎的不同是適度的。當葉片的一個確定區域承受相當于目標負荷的試驗負荷后發生故障，這個區域就通過了試驗。原則上在其它區域葉片試驗能達到同樣的效果，這對有些區域是有效的，這些區域沒有被應力重新分配而引起的操

51、作影響。在試驗結束段，考慮這些因素，可以證明，哪些位置在達到要求操作前可承受一個平衡的或更嚴格的疲勞負荷而沒有故障。原則上，已經證明這些位置能充分抗疲勞。需要注明：用于設計負荷和試驗負荷的疲勞公式和/或原材料系數不必相同。試驗和設計條對應適當的系數，這將在10.4.4中解釋。10.4.2以理論損傷為基礎的評估在疲勞試驗中葉片的一些位置理論損傷(如Miner總結)等于或高于以目標負荷為基礎的理論損傷，試驗負荷等于或大于目標負荷，這表示為DtestDtarget(22)式中：Dtest是實際試驗負荷引起的理論損傷；Dtarget是目標負荷引起的理論損傷。10.4.3以負荷或應力水平為基礎的評估10

52、.4.3.1概要在一些區域，試驗負荷引起的計算疲勞損傷比目標負荷引起的計算疲勞負荷大，但它沒有故障這就證明這些區域足夠抗疲勞，然而，這兩種損傷間的系數難于說明，沒有一個清楚的指標說明哪個系數的試驗負荷更嚴密。這是因為損傷本身的數值沒有給出清楚的關于以應力和變形為基礎的負荷的嚴密性的指標，因而，各種系數都用來比較以負荷或應力/變形水平為基礎產生的不同負荷譜或疲勞公式。這些也用來評估相對于目標負荷的試驗負荷，這里給出兩種可能，選擇取決于特別的設計計算方法。10.4.3.2以疲勞應力系數為基礎的評估疲勞應力系數(FSF)能用來評估目標負荷相比實際應力嚴密性4),這個FSF按以下定義:FSF是一個系數

53、，通過使用這個系數增強負荷或應力以達到允許的損傷率D(通常為1)FSF表示以應力或變形水平為基礎的保留量，通過比較實際試驗負荷產生的FSF與目標負荷5)產生的FSF就能獲得基于負荷或應力的嚴密的試驗負荷，對一個試驗負荷至少在一個特定位置要與目標負荷嚴格一致，下列必須為真FSFDttWFSFDtt(23)testtarget式中：FSFDtest是用于實際試驗負荷計算的FSF值。FSFd是用于目標負荷計算的FSF值targetFSF間的比率能作為相對FSF(RFSF)(24)在該系數等于或大于1的所有位置至少試驗負荷必須與目標負荷一致。P34頁下有注釋未譯10.4.3.3以最小要求疲勞強度為基礎

54、的評估原則上為了計算FSF，有關微小部分的疲勞強度和材料各可能應力集中處均應作為先決條件了解，通過評估，以最小要求疲勞強度(MFS)為基礎承受負荷，疲勞強度本身不必須完全了解。通常材料或細節處抗疲勞度通過在定義條件下在特定數目循環下允許的應務水平來定性，這個參考應力水平可作為一個參數()，疲勞強度用它來定性。最小要求疲勞強度(MFS)可按以下定義：MFS是疲勞強度參數值，通過它疲勞損傷率等于允許的D值(通常為1)。通過比較實際試驗負荷產生的MFS與設計負荷產生的MFS可以獲得基于負荷或應力的嚴密的試驗負荷，對一個試驗負荷至少在一個特定位置要求與設計負荷嚴格一致。下列必須為真“嘰刊応洛(25)式

55、中：MFSDtest是用于實際試驗負荷計算的FSF值。MFSDtt是用于目標負荷計算的FSF值targetFSF間的比率能作為相對FSF(RFSF)必須注明特性疲勞強度參數qf在兩疲勞公式中必須相同，與不同的條件無關。MFSd值的比率能作為相對MFSd(RMFSd)RMFSD=(26)該系數等于或大于所有位置，試驗負荷與目標負荷完全一致，對所有負荷要素如果可能的應力集中系數相等，那RMFSd與實際值無關。這種方法用來評估木頭/環氧樹脂葉片、玻璃纖維加強塑料的試驗實例在參考書目(5)和(1)中給出。10.4.4疲勞公式因素原則上，用于實物疲勞試驗的葉片與取決于實際操作設計負荷的葉片是相同的，然而

56、，這并不包括由目標負荷引起的在計算損傷中使用的疲勞公式也與由試驗負荷引起的一樣。這是因為實驗室比汽輪機實際葉片更受不同的環境控制。例如，材料的疲勞性能在潮濕條件下與干燥條件下不同，(不同的定值，或不同斜率的曲線)，如果在干燥條件下進行實驗室試驗，試驗過程的累積損傷計算應使用干燥條件的疲勞公式，在設計壽命期間損傷計算應使用操作條件下有效公式。原則上，對于試驗負荷來說，應使用在試驗條件下有效或適用的疲勞公式，而對目標負荷來說，應使用在操作條件下有效或適用的疲勞公式。由于試驗條件通常不如實際操作條件嚴格，所以疲勞性能會更好，結果必須用比目標負荷試驗負荷來獲得相等的損傷累積，這就要求在試驗中負荷增加一

57、個系數(峰值負荷系數用來補償負荷循環損失)(見9.3.3)10.4.5試驗后評估試驗結束后，使用適當的損壞模型可計算出累積的損傷。進行相同的循環數后，在最終負荷水平或其它一些選擇的負荷水平，試驗結果被重述，就象這代表一個相同的操作壽命，另外，損壞模型可用于隨一定循環數的最大負荷。所有這些由材料性質影響的故障決定，不考慮顯著的試驗引入影響，例如局部發熱，低連接、翹曲、過度剪應力或其它影響，這些用損傷模型不能適當計量，然而，當判定有些影響不顯著時，相同的損傷累積計算會精確一點，這些計算能在其它條件下對葉片疲勞性能給出估計，因此，有根據說，設計是合理的。當進行試驗評估時為了增加洞察力，建議在葉片關鍵

58、區域測量葉片變形，以便提供一個更精確的材料變形的了解和一個附加的用來解釋結論的材料損傷模型的理解。11故障狀態11.1概要在試驗中可能的損傷或故障的檢測可能很難，因為葉片結構復雜，這就意味著重要的結構組件被隱藏著，難于檢測和監控，更有甚者吉片材料承受局部損傷但沒有表現出來。在這一章提出了將葉片性質不可逆的變化作為故障狀態，葉片故障是否符合一定的設計規定或標準不是本章的課程，只描述了可能必須被監控的故障狀態。下列故障狀態的定性差別在下面章節11.2-11.4中使用和定義嚴重損傷，災難性故障功能故障表面故障組件的翹曲自身并不作為一個故障狀態。但因為它對內部變形的影響和對葉片橫截面鋼性的影響，翹曲也

59、成為一種故障狀態。試驗區域以外的損傷，它并不影響試驗區域的變形分布，那么應記錄但不視作故障。11.2災難性故障IEC60050-415災難性故障的定義是：一個組件或結構的解體或斷裂，導致重要功能的喪失，這會損害安全性。下列事例可視作災難性故障：主要葉片的斷裂或倒塌；結構元件的完全故障，如內部或外部連接線，表皮剪力網，葉根加固件等等；主要部件開始與主要結構分離11.3功能故障當特殊的組件或部件不在允許限制內工作可判斷出現功能故障。下列事例可視作可能的功能故障：葉片剛度顯著下降并不可逆（從5%到10%6）7）卸載后，葉片出現可觀的永久變形；橫截面形狀可觀的永久改變；葉片卸載后，機械裝置不再能執行設計功能8）上述條件中任一項是否是功能故障取決于特殊的設計標準，還應在經過無數試驗基礎上評估，在任