2025北京国际风能大会暨展览会(CWP2025)：风电叶片结构疲劳测试理论与方法：从全尺寸到子部件

风电叶片结构疲劳测试理论与方法：从全尺寸到子部件兰州理工大学甘肃省特种设备检验检测研究院安

宗

文2025年北京国际风能大会暨展览会

叶片技术发展论坛

2025.

10.

21

北京汇报提纲2双轴加载式全尺寸叶片疲劳测试理论与装备3

弯扭复合加载式风力机叶片部件疲劳试验机4

问题与讨论1

行业背景5

真诚致谢1.行业背景

产品验证

结构疲劳测试是风电叶片及其子部件可靠性验证体系的实证环节叶片“积木式”验证体系/“金字塔”验证体系验证设计参数识别故障模式获取材料力学性能参数IEC61400-5:2020DNV-

ST-0376

实施风电设备型式认证。

接入公共电网的新建风力发电项目所采用的风力发电机组及其风轮叶片、

齿轮箱、发电机、

变流器、控制器和轴承等关键零部件

，须按照《GB/Z25458-2010风力发电机组合格认证规则及程序》进行型式认证。

强化型式认证结果的信用。风电开发企业进行设备采购招标时

，应明确要求采用通过型式认证的产品。

未获得型式认证的机组

，不允许参加招标。全尺寸结构疲劳测试是风电叶片认证项目的核心

，其本质是对风电叶片20年设计寿命的测试和验证。我国风电设备的检测认证制度2.双轴加载式全尺寸叶片疲劳测试理论与装备单轴加载（单向加载）全尺寸结构疲劳测试技术现状

20141222甘肃酒

泉20220927江苏连云港双轴加载（双向加载）朴素的想法：为何不双向加载

，提高测试效率？工程热物理研究所延庆基地（20150609）NREL研发启示：对问题的

认识仅是表象而非本

质

，表现为：l

不知道应变源自挥

舞弯矩还是摆振弯

矩

，无法进行损伤

评估l

不知道加载点如何

设置才能实现目标

载荷与试验载荷的

吻合液压激振式双轴加载原理样机（2016）第一阶段：原理样机（2014—2016）将挥舞、摆振方向运动轨迹合成（两个频率与相位不同的正弦波）

，即Lissajous曲线。（1）

探明双轴加载条件下截面应变的耦合规律第二阶段：理论探索（2017—2021）载荷耦合↓变幅应力结论：在双轴加载时

，通过引入修正系数

，可以将叶片截面指定点的实际应变拆分为由于挥舞弯矩产生的应变分量和由于摆振弯矩产生的应变分量两部分——应变解耦。意义：借用单轴试验大纲证明了双轴加载设备设计理论的完备性和工程实践可行性第二阶段：理论探索（2017—2021）其它文献（2）提出测试载荷分布的智能优化算法第二阶段：理论探索（2017—2021）（3）开发损伤评价的在线计算软件第二阶段：理论探索（2017—2021）总体结构电机+减速器+偏心摆锤机械加载系统数据采集系统控制系统硬件系统

软件系统第三阶段：装备开发（2021-2022）测试装备组成及工作原理应变解耦器国家风电设备质量监督检验中心（酒泉实验室）20220722第三阶段：装备开发（2021-2022）国家风电设备质量监督检验中心（酒泉实验室）

20230107第三阶段：装备开发（2021-2022）单/双轴静力标定在测试理论、

装备开发方面取得阶段性成果：

揭示风电叶片双轴加载载荷耦合规律（应变解耦）

提出风电叶片双轴测试载荷分布智能优化方法

开发出叶片损伤在线评估系统3.弯扭复合加载式风力机叶片部件疲劳试验机l

泛指构成风电叶片的各个组成部分

，如梁系

统、

叶根连接、

叶片局部段。

这些部分通常

具有特定的功能和结构

，对叶片强度和设计

安全性起到重要作用。l

简单而言

，对于区别于全尺寸和材料级

，涉

及多种材料和复杂工艺的样件均为叶片子部

件。叶片部件的定义主梁箱型梁工字梁主梁-腹板连接区l

通过子部件测试可针对叶片某一区域、

某一部位的结构

,选取特定的受力类型作为加载工况

，进行针对性材料

或结构性能测试研究。l

IEC-61400-5将叶片材料的局部安全系数γm进行了拆分

,给出一系列参考值以及选取系数的依据

，通过部件测

试为系数的选择提供数据支持。简单说就是子部件测试

做的越充分

，局部安全系数取值就可以越低

，

叶片设计

重量就可以越轻。风力机叶片部件测试的目的常州达姆斯（20250317）叶尖弯曲测试前缘测试叶尖扭转测试子部件测试技术的现状、挑战及对策试验设备80%预埋螺栓套弯扭复合加载子部件试样预制/原位截取尺度范围大加载方式弯剪扭独立少见弯扭复合试验方案小：

专用工装大：

专用设备试验标准起步阶段无标准/规范如何实现弯扭复合加载如何提升设备通用性关键技术参数加载单元项目参数X向弯矩加载单元（挥舞）最大载荷最大位移加载频率Y向弯矩加载单元（摆振）最大载荷最大位移征加载频率求

意Z向扭矩加载单元（展向）最大扭矩最大扭转角加载频率子部件试验工艺尺寸有效测试长度核心技术：

弯扭复合/三轴加载追求目标：

适度通用性兰理工方案：弯扭复合加载式风力机叶片部件疲劳试验机见4.

问题与讨论l

叶片大型化与轻量化（长&柔）

，

自身固有频率相对更低l

落地式加载方式正在探索性应用关于全尺寸测试兰州理工大学R&D子部件疲劳实验机是突破关键问题的验证平台尺度效应力学建模边界条件影响分析载荷谱转换理论研究多尺度疲劳损伤模型子部件与全尺寸数据对比边界条件等效试验载荷谱简化与转换验证预测模型验证试验关于子部件测试理论研究

关键问题

试验研究子部件与全尺寸叶片疲劳行为的尺度转换规律风电叶片子部件与全尺寸疲劳行为关联机制研究5.真诚致谢国家自然科学基金委员会中国科学院工程热物理研究所甘肃省高等学校产业支撑计划（甘肃省教育厅）甘肃省特种设备质量检验检测研究院（国家风电设备质量监督检验中心酒泉实验室）中材科技风电叶片股份有限公司广东鉴衡海上风电检测认证中心有限公司株洲时代新材料科技股份