風(fēng)機(jī)葉片高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如何進(jìn)行位移軌跡測(cè)量？

目前，我國(guó)已成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，第一大工業(yè)國(guó)，第一大貨物貿(mào)易國(guó)，經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展導(dǎo)致了能源供不應(yīng)求的局面。隨著傳統(tǒng)石化能源的日益緊張，氣候變化引發(fā)的對(duì)“低碳經(jīng)濟(jì)”的渴求，綠色能源越來越受到重視。

風(fēng)能是一種典型的可再生清潔能源，風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)能最重要的應(yīng)用方式，從我國(guó)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)，結(jié)合世界的未來能源發(fā)展趨勢(shì)判斷，大力發(fā)展風(fēng)力能源，不僅可改善生態(tài)環(huán)境，應(yīng)對(duì)氣候變化，且符合長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

隨著風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)和利用，風(fēng)能機(jī)電組數(shù)量越來越多，風(fēng)機(jī)葉片尺寸越來越大。風(fēng)機(jī)葉片是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的關(guān)鍵部件，是最昂貴的部件，約占整個(gè)機(jī)組生產(chǎn)成本的20%，也是獲取風(fēng)能利用系數(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)、制造以及運(yùn)行狀態(tài)的好壞，直接影響到機(jī)組的性能和發(fā)電效率。

風(fēng)電葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，葉片不僅要承受強(qiáng)大的風(fēng)載荷，經(jīng)受旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流沖刷，砂石粒子沖擊，強(qiáng)烈的紫外線照射等外界的侵蝕。

風(fēng)力發(fā)電葉片作為受力結(jié)構(gòu)件，要盡量避免出現(xiàn)折斷、分離等質(zhì)量事故。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)要求在風(fēng)電葉片安全認(rèn)證過程中，必須進(jìn)行包括靜載試驗(yàn)等在內(nèi)的全尺寸結(jié)構(gòu)測(cè)試，故風(fēng)電葉片的測(cè)試具有極為重要。

風(fēng)機(jī)葉片關(guān)鍵點(diǎn)追蹤實(shí)驗(yàn)

研究風(fēng)力發(fā)電葉片在載荷下的整體變形和屈曲情況，對(duì)于衡量葉片的性能和壽命，有著重要的價(jià)值。傳統(tǒng)的變形測(cè)量如應(yīng)變片電測(cè)法，屬于接觸式、離散式、非三維的測(cè)量方法。

為了克服和減少風(fēng)電葉片傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)測(cè)量過程中存在的困難和不足，某研究所經(jīng)過調(diào)研和測(cè)試，擬采用新拓三維的XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量分析系統(tǒng)，研究風(fēng)機(jī)葉片的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡，分析葉片關(guān)鍵點(diǎn)的位移運(yùn)動(dòng)軌跡，測(cè)量風(fēng)機(jī)的回轉(zhuǎn)軌跡。

布設(shè)模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，采用風(fēng)機(jī)葉片模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，風(fēng)電葉片模型開始加載，借助XTDIC三維光學(xué)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)配置的兩個(gè)高速攝像機(jī)，實(shí)時(shí)采集被測(cè)葉片模型各個(gè)變形階段的圖像，停止實(shí)驗(yàn)并完成采集。

(一)拍攝未加載狀態(tài)下的風(fēng)電葉片模型，為葉片模型變形計(jì)算提供參照，然后進(jìn)行加載，利用XTDIC系統(tǒng)分析軟件，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算，如圖所示;

(二)選取風(fēng)電葉片模型關(guān)鍵點(diǎn)其中某一點(diǎn)，可繪制出風(fēng)電葉片關(guān)鍵點(diǎn)相應(yīng)的位移曲線，如圖所示;

(三)使用XTDIC系統(tǒng)分析軟件創(chuàng)建變形域，完成對(duì)標(biāo)志點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，如圖所示。

通過XTDIC系統(tǒng)可分析風(fēng)力葉片模型上關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡變化，得到葉片模型表面關(guān)鍵點(diǎn)的變形;圖中的變形域是葉片模型表面變形量大于預(yù)設(shè)變形量的點(diǎn)。

另外，通過測(cè)量數(shù)據(jù)分析表明，風(fēng)機(jī)葉片模型轉(zhuǎn)動(dòng)方向位移沿葉片展向逐漸增大，越靠近葉片的葉尖位移值越大。在加載作用下，葉片模型主要發(fā)生平面外彎曲，即主要表現(xiàn)為平面外變形。

新拓三維技術(shù)工程師分析了測(cè)量過程的主要影響因素和難點(diǎn)，利用XTDIC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)葉片模型在回轉(zhuǎn)過程中關(guān)鍵點(diǎn)的位移軌跡測(cè)量，并交叉驗(yàn)證了平面外位移測(cè)量精度，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，關(guān)鍵點(diǎn)的位移軌跡曲線與實(shí)際相符，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電葉片模型在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的全尺寸結(jié)構(gòu)位移變形測(cè)量。