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第1章 风力发电机发展现状及健康监测的意义1

1.1 风力发电机技术发展现状1

1.2 风力发电机叶片健康监测的意义5

1.3 裂纹检测技术发展现状7

1.4 风力发电机健康监测发展现状和面临的主要问题8

参考文献10

第2章 风力发电机叶片的气动性能分析与数值计算14

2.1 空气动力学理论14

2.1.1 流体动力学控制方程14

2.1.2 叶素理论17

2.1.3 贝茨理论19

2.1.4 涡流理论21

2.1.5 威尔逊理论23

2.2 风力发电机叶片的三维有限元模型24

2.3 叶片的三维实体建模28

2.4 风力发电机叶片的气动特性分析30

2.4.1 湍流模型30

2.4.2 叶片流场有限元31

2.4.3 叶片外流场网格的划分32

2.4.4 数值模拟结果与分析33

2.5 风力发电机叶片流固耦合计算与分析42

2.5.1 流固耦合方程42

2.5.2 叶片的颤振模型43

2.5.3 叶片铺层设计的计算机模拟46

2.5.4 叶片的应力应变数值计算48

2.5.5 叶片的模态分析52

参考文献56

第3章 基于振声信号的风力发电机叶片状态识别57

3.1 信号处理概述57

3.1.1 信号的时域分析57

3.1.2 信号的幅值分析59

3.1.3 信号的频谱分析60

3.2 风力发电机叶片的声发射监测方法62

3.2.1 声发射无损检测技术的应用62

3.2.2 声发射的基本原理64

3.2.3 声发射信号的常用参数66

3.2.4 叶片损伤声发射信号的小波分析67

3.3 风力发电机叶片的振动信号检测74

3.3.1 风力发电机叶片的常见故障74

3.3.2 模糊神经网络概述75

3.3.3 叶片的振动信号采集和处理80

3.3.4 叶片振动信号的频谱分析82

3.3.5 基于模糊神经网络的风力发电机叶片状态识别83

参考文献85

第4章 疲劳裂纹声发射信号的特征提取87

4.1 基于小波重分配尺度谱的疲劳裂纹特征提取87

4.1.1 小波变换87

4.1.2 优化小波重分配尺度谱89

4.1.3 试验装置91

4.1.4 信号处理结果分析92

4.2 基于多分辨率的叶片裂纹特征提取95

4.2.1 奇异值分解95

4.2.2 裂纹扩展AE信号的多分辨SVD96

4.3 叶片蒙皮初始裂纹的盲提取102

4.3.1 卷积混合信号的盲提取102

4.3.2 代价函数的改进103

4.3.3 非线性滤波器的选取104

4.3.4 计算机仿真104

4.3.5 裂纹扩展试验研究107

4.4 多裂纹扩展的声发射信号特征提取111

4.4.1 主裂纹扩展时AE信号特性分析111

4.4.2 多模态混叠AE信号的盲解卷算法112

4.4.3 风力发电机叶片的裂纹扩展试验114

参考文献120

第5章 疲劳裂纹的动态扩展机理123

5.1 复合材料断裂理论123

5.1.1 复合材料强度失效准则123

5.1.2 叶片强度失效分析125

5.2 叶片裂纹的有限元建模126

5.3 裂纹扩展的数值模拟128

5.4 风力发电机叶片疲劳试验133

5.4.1 声发射信号的采集133

5.4.2 疲劳试验137

5.5 基于分形理论的疲劳裂纹微观图像分析141

5.5.1 叶片疲劳裂纹特征分析141

5.5.2 分形与分形维数143

5.5.3 裂纹微观图像的分形特征147

5.5.4 裂纹演化微观图像分析149

5.5.5 裂纹扩展的分形维数计算151

参考文献154

第6章 风力发电机叶片的疲劳损伤评价156

6.1 疲劳理论156

6.1.1 玻璃钢材料的S-N曲线156

6.1.2 载荷等效谱157

6.2 疲劳损伤评价158

6.2.1 疲劳的评估方法158

6.2.2 疲劳累积理论160

6.3 疲劳损伤的模糊评价164

6.3.1 AE信号的关联维数计算164

6.3.2 疲劳损伤的模糊评价方法165

6.3.3 风力发电机叶片裂纹扩展试验166

6.4 多裂纹动态扩展的损伤容限研究172

6.4.1 裂纹尖端塑性区的应力分析172

6.4.2 风力发电机叶片的裂纹动态扩展试验174

6.4.3 相互干扰多裂纹的随机扩展模型178

6.4.4 最大熵的随机梯度下降法180

6.4.5 多裂纹随机扩展试验181

6.4.6 风力机叶片损伤容限分析185

参考文献187