一種基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法資料(共22頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上說 明 書 摘 要本發(fā)明公開了一種基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法，包括如下步驟：步驟a)在待測風(fēng)電葉片主梁外激發(fā)脈沖波，獲得脈沖回波檢測信號；步驟b）將步驟a所得脈沖回波檢測信號進行快速傅里葉變換，獲得頻譜圖并判斷結(jié)構(gòu)膠中是否存在缺膠或脫粘缺陷；步驟c)將疊加的脈沖回波檢測信號進行峰值頻率提取，并計算其峰值頻率間隔；步驟d）利用步驟c所得數(shù)據(jù)進行干涉回波頻率分析，判斷結(jié)構(gòu)膠的脫粘程度。針對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在識別出風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接區(qū)域是否存在缺膠或脫粘缺陷的基礎(chǔ)上還可實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)膠缺損程度進行較精密的檢測，從而方便于葉片的修補工作，保障葉片出廠質(zhì)量，降

2、低葉片失效事故發(fā)生率，且流程簡單、方法統(tǒng)一，特別適用于大型風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接區(qū)域的檢測,具有很大的市場價值。專心-專注-專業(yè)權(quán) 利 要 求 書1一種基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟a)在待測風(fēng)電葉片大梁外激發(fā)脈沖波，獲得脈沖回波檢測信號；步驟b)將步驟a所得的脈沖回波檢測信號進行快速傅里葉變換，獲得頻譜圖并判斷結(jié)構(gòu)膠中是否存在缺膠或脫粘缺陷；步驟c) 將疊加的脈沖回波檢測信號進行峰值頻率提取，并計算其峰值頻率間隔；步驟d) 利用步驟c所得數(shù)據(jù)，利用步驟c所得數(shù)據(jù)進行干涉回波頻率分析，判斷結(jié)構(gòu)膠的脫粘程度。2根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜的風(fēng)電葉片主

3、梁和腹板粘接缺陷檢測方法，其特征在于，步驟a之前還包括步驟a0，其具體操作為：建立無缺陷的風(fēng)電葉片大梁和腹板粘接結(jié)構(gòu)有限元模型，對有限元模型外激發(fā)不同中心頻率漢寧窗調(diào)制的脈沖波，得到的脈沖回波檢測信號進行比較，確定檢測該模型適合的中心頻率。3根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法，其特征在于，步驟a的具體操作為：選取大梁的待檢測位置，在待檢測位置處激發(fā)由步驟a0確定的脈沖波，獲得脈沖回波檢測信號。4根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法，其特征在于，步驟b的具體操作為：利用Origin將步驟a得到的脈沖回波檢測信號截取相同信號長度進行快速傅里

4、葉變換，由此得到脈沖回波檢測信號的頻譜圖。圖中幅度值即為即為快速傅里葉變換值。橫軸為f即頻率。將得到的頻譜圖進行比較，判斷主梁和腹板粘接區(qū)域是否存在缺膠或脫粘缺陷。5根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法，其特征在于，步驟c具體操作為：設(shè)為頻譜圖中快速傅里葉變換的最大值所對應(yīng)的頻率和為頻譜圖中快速傅里葉變換次大值所對應(yīng)的頻率即峰值頻率，分別在疊加的脈沖回波檢測信號所對應(yīng)的頻譜圖中提取和的數(shù)值，計算出峰值頻率間隔。6根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法，其特征在于,峰值頻率間隔計算公式為: (1)其中，為頻譜圖中快速傅里葉變換最大值所對應(yīng)的頻

5、率，為頻譜圖中快速傅里葉變換次大值所對應(yīng)的頻率。7根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法，其特征在于,步驟d具體操作為：利用步驟c所得的數(shù)值，進行干涉回波頻譜分析即建立結(jié)構(gòu)膠不同脫粘程度與峰值頻率間隔的關(guān)系曲線，判斷結(jié)構(gòu)膠的脫粘程度。說 明 書一種基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及超聲波頻譜分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及大型風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接區(qū)域的缺陷檢測。背景技術(shù)風(fēng)能作為一種清潔、無污染、可再生的綠色能源，在我國具有重要的戰(zhàn)略地位,因此風(fēng)力發(fā)電面臨著廣闊的市場空間。風(fēng)電葉片作為風(fēng)電機組最為關(guān)鍵的部件之一，為了更有效的獲取風(fēng)能，葉片的尺寸也在朝

6、著大型化的發(fā)展。但是大型葉片體積龐大，成型工藝復(fù)雜，難免存在生產(chǎn)缺陷。典型的缺陷有分層、夾雜、孔隙和缺膠，其中缺膠引發(fā)葉片失效的情況最多。主要是由于葉片采用半成型合模技術(shù)即壓力側(cè)和吸力側(cè)分別成型，然后通過結(jié)構(gòu)膠進行粘接，而且粘接過程為盲粘。主梁作為風(fēng)電葉片主要承載結(jié)構(gòu)，其和腹板的粘接質(zhì)量更是葉片使用壽命的關(guān)鍵。目前傳統(tǒng)檢測方法有目視法和敲擊法，這兩種方法雖然簡單易行，但是要求檢測人員經(jīng)驗較高，準確性和可靠性較低。所以簡單可靠、便于操作的風(fēng)電葉片無損檢測方法和標準備受關(guān)注。超聲無損檢測具有檢測對象廣、檢測深度大、缺陷準確定位和便于現(xiàn)場使用等特點，已成為現(xiàn)在產(chǎn)品檢測和控制的重要手段。但是超聲波檢測

7、風(fēng)電葉片在我國還處于初級研究階段，主要是基于對超聲波傳播時間和回波幅值來獲取介質(zhì)特性信息，對于風(fēng)電葉片大梁和腹板粘接區(qū)域，葉片尺寸龐大，只能應(yīng)用脈沖回波技術(shù)進行掃查，但此處粘結(jié)劑的厚度大約為5-10mm,一旦粘結(jié)劑中存在脫粘，接收到的檢測信號會因多界面回波信號疊加而變得復(fù)雜，則需要制作大量的對比試塊增加檢測人員經(jīng)驗，花費大量的時間和精力，而且檢測人員的判斷存在一定的主觀性，因此基于頻譜分析方法的信號處理技術(shù)已成為現(xiàn)代超聲檢測技術(shù)的重要組成部分。徐陽在文章兆瓦級大型風(fēng)力發(fā)電機葉片的無損檢測中采用激光散斑法對主梁和腹板粘接區(qū)域進行了檢測，但沒有涉及超聲波頻譜分析技術(shù)。羊森林在文章大型風(fēng)電葉片缺陷及

8、其無損檢測技術(shù)研究中提出根據(jù)缺陷波的時間和幅值檢測缺膠或脫粘的位置和大小，但也無涉及回波檢測信號的頻譜信息。杜鵑在文章超聲波無損檢測技術(shù)在風(fēng)電葉片粘結(jié)部位缺陷檢測中的應(yīng)用中也無涉及回波檢測信號的頻譜信息。李懷福在文章超聲無損檢測技術(shù)在風(fēng)電葉片上的應(yīng)用中提出根據(jù)超聲圖像精確地判定粘結(jié)缺陷和夾雜缺陷的尺寸，但相控陣設(shè)備成本較高，且多為進口還沒有應(yīng)用葉片的檢測。王昌盛在文章風(fēng)電葉片前緣膠結(jié)結(jié)構(gòu)的超聲檢測技術(shù)中只在時域上對有無缺陷的回波信號進行了對比分許，但無涉及回波檢測信號的頻譜分析，安靜和徐寧在文章超聲波技術(shù)用于風(fēng)電葉片粘結(jié)區(qū)域的探究中提出了脈沖回波法探測主梁和腹板粘接區(qū)域的可行性，但也無涉及回波

9、檢測信號的頻譜信息。蔣志峰在文章超聲檢測頻域分析及對缺陷識別應(yīng)用研究中提出用頻譜分析檢測碳纖維復(fù)合材料的孔隙率，但無涉及用頻譜分析技術(shù)檢測風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷。趙慧榮在文章復(fù)合材料殼體分層的檢測及定量中也無涉及用頻譜分析技術(shù)檢測風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷。劉鮮紅在專利利用超聲A掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法中也沒有涉及回波檢測信號的頻譜信息。姚恩濤在專利一種風(fēng)電葉片脫層檢測方法及檢測系統(tǒng)中涉及敲擊法檢測葉片脫層獲得的頻域信息，但是并不能應(yīng)用于主梁和腹板粘接缺陷的檢測。李蘇威和石可重在專利一種風(fēng)力機葉片超聲檢測的缺陷種類判定方法中沒有涉及主梁和腹板粘接缺陷的檢測方法。李蘇威和石可重在專

10、利一種風(fēng)電葉片梁帽位置判定方法中也沒有涉及主梁和腹板粘接缺陷的檢測方法。李蘇威和石可重在專利一種風(fēng)力機葉片尾緣粘接缺陷的無損檢測方法中對比了有缺陷和無缺陷的回波信號在時域上的區(qū)別，但無涉及回波檢測信號的頻譜信息。李蘇威和石可重在專利一種風(fēng)力機葉片殼體與腹板粘接缺陷的無損檢測方法中只提出了粘接區(qū)域缺膠缺陷的檢測方法，并沒有涉及粘結(jié)劑下表面脫粘程度的檢測方法。發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法, 該方法能在識別出風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接區(qū)域是否存在缺膠或脫粘的基礎(chǔ)上，還可實現(xiàn)對粘結(jié)劑下表面的脫粘程度進行較精密的檢測，尤其適用于對風(fēng)力

11、發(fā)電葉片主梁和腹板粘結(jié)區(qū)域缺陷檢測，從而保障風(fēng)電葉片出廠質(zhì)量，降低事故的發(fā)生率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于頻譜的風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷檢測方法包括如下步驟:步驟a) 在待測風(fēng)電葉片大梁外激發(fā)脈沖波，獲得脈沖回波檢測信號；步驟b) 將步驟a所得的脈沖回波檢測信號進行快速傅里葉變換，獲得頻譜圖并判斷結(jié)構(gòu)膠中是否存在缺膠或脫粘缺陷；步驟c）將將疊加的脈沖回波檢測信號進行峰值頻率提取，并計算其峰值頻率間隔；步驟d）利用步驟c所得數(shù)據(jù)，進行干涉回波頻率分析，判斷結(jié)構(gòu)膠的脫粘程度。優(yōu)選地，步驟a之前還包括步驟a0，其具體操作為：建立無缺陷的風(fēng)電葉片大梁和腹板粘接結(jié)構(gòu)有限元模型，

12、對有限元模型外激發(fā)不同中心頻率漢寧窗調(diào)制的脈沖波，得到的脈沖回波檢測信號進行比較，確定檢測該模型適合的中心頻率。優(yōu)選地, 步驟a的具體操作為：選取大梁的待檢測位置，在待檢測位置處激發(fā)由步驟a0確定的脈沖波，獲得脈沖回波檢測信號。優(yōu)選地, 步驟b的具體操作為：利用Origin將步驟a得到的脈沖回波檢測信號截取相同信號長度進行快速傅里葉變換，由此得到脈沖回波檢測信號的頻譜圖。圖中幅度值即為即為快速傅里葉變換值。橫軸為f即頻率。將得到的頻譜圖進行比較，判斷主梁和腹板粘接區(qū)域是否存在缺膠或脫粘缺陷。優(yōu)選地，步驟c具體操作為：設(shè)為頻譜圖中快速傅里葉變換的最大值所對應(yīng)的頻率和為頻譜圖中快速傅里葉變換的次大

13、值所對應(yīng)的頻率即峰值頻率，分別在疊加的脈沖回波檢測信號所對應(yīng)的頻譜圖中提取和的數(shù)值，計算出峰值頻率間隔。優(yōu)選地，峰值頻率間隔計算公式為: (1)其中，為頻譜圖中快速傅里葉變換的最大值所對應(yīng)的頻率，為頻譜圖中快速傅里葉變換的次大值所對應(yīng)的頻率。優(yōu)選地，步驟d具體操作為: 利用步驟c所得的數(shù)值，根據(jù)干涉回波頻譜分析，建立結(jié)構(gòu)膠在厚度方向缺失尺寸與峰值頻率間隔的關(guān)系曲線，判斷結(jié)構(gòu)膠的脫粘程度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的大型風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)膠缺損程度檢測方法，具有以下優(yōu)點：1使用該方法檢測風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接缺陷，可先建立無缺陷的風(fēng)電葉片大梁和腹板粘接結(jié)構(gòu)有限元模型的數(shù)據(jù)庫，當(dāng)有限元模型足夠多時，可確

14、定檢測不同的大梁厚度和結(jié)構(gòu)膠厚度所需要的最佳中心頻率。2克服了現(xiàn)有技術(shù)中沒有一種方法用超聲波頻譜分析技術(shù)檢測風(fēng)電葉片主梁和腹板之間粘結(jié)劑的脫粘程度。3流程簡單，建立待檢測的風(fēng)電葉片大梁和腹板粘接結(jié)構(gòu)有限元模型，激發(fā)脈沖波后，僅需要通過對脈沖回波檢測信號進行快速傅里葉變換，即可有效評估結(jié)構(gòu)膠中是否存在缺膠或脫粘缺陷。4本發(fā)明能夠直接得出脈沖回波檢測信號的峰值頻率間隔，判斷結(jié)果直觀準確。附圖說明圖1為風(fēng)電葉片主梁和腹板粘結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a為激發(fā)中心頻率為250K脈沖波得到的脈沖回波傳播情況示意圖。圖2b為激發(fā)中心頻率為500K脈沖波時得到的回波傳播情況示意圖。圖2c為激發(fā)中心頻率為1000K脈沖

15、波得到的脈沖回波傳播情況示意圖。圖2d為激發(fā)中心頻率為2000K脈沖波得到的脈沖回波傳播情況示意圖。圖3a為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘0%的有限元模型示意圖。圖3b為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘20%的有限元模型示意圖。圖3c為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘40%的有限元模型示意圖。圖3d為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘60%的有限元模型示意圖。圖3e為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘80%的有限元模型示意圖。圖3f為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘100%的有限元模型示意圖。圖4為LS-prepost軟件模擬計算得到脈沖回波檢測信號的流程圖。圖5a為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘0%時脈沖回波傳播情況示意圖。圖5b為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘20%時脈沖回波傳播情

16、況示意圖。圖5c為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘40%時脈沖回波傳播情況示意圖。圖5d為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘60%時脈沖回波傳播情況示意圖。圖5e為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘80%時脈沖回波傳播情況示意圖。圖5f為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘100%時脈沖回波傳播情況示意圖。圖6a為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘0%時其脈沖回波的頻譜示意圖。圖6b為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘20%時其脈沖回波的頻譜示意圖。圖6c為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘40%時其脈沖回波的頻譜示意圖。圖6d為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘60%時其脈沖回波的頻譜示意圖。圖6e為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘80%時其脈沖回波的頻譜示意圖。圖6f為結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘100%時其脈沖回波的

17、頻譜示意圖。圖7為結(jié)構(gòu)膠不同脫粘程度與峰值頻率間隔關(guān)系曲線示意圖。具體實施方式為了能夠?qū)Ρ景l(fā)明有進一步理解，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。下面以檢測風(fēng)電葉片主梁和腹板粘接區(qū)域為例，有限元模型的尺寸根據(jù)具體工程對待測風(fēng)電葉片不同位置處大梁和結(jié)構(gòu)膠厚度要求而定，有限元模型的個數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)膠的厚度要求和探頭中心頻率而定，本發(fā)明以建立6個有限元模型為例：根據(jù)待測位置風(fēng)電葉片大梁和結(jié)構(gòu)膠的物理參數(shù)，本發(fā)明采用主梁厚度為30mm，結(jié)構(gòu)膠厚度為5mm,各有限元模型對應(yīng)的結(jié)構(gòu)膠在厚度方向缺失尺寸分別為0mm、1mm、2mm、3mm、4mm和5mm，分別代表結(jié)構(gòu)膠脫粘程度為0%、20%、40%、60

18、%、80%和100%。首先對無缺陷的有限元模型在主梁外側(cè)同一位置處分別激發(fā)中心頻率為250K、500K、1000K、2000K漢寧窗調(diào)制的脈沖波，得到其脈沖回波檢測信號，根據(jù)衰減情況確定檢測該模型適合的中心頻率為500K。然后對各個有限元模型激發(fā)中心頻率為500K的脈沖波，得到其脈沖回波檢測信號，截取相同信號長度并對其進行快速傅里葉變換，將得到脈沖回波檢測信號的頻譜圖進行比較，判斷風(fēng)電葉片主梁和腹板粘結(jié)區(qū)域是否存在缺膠或脫粘缺陷；再將結(jié)構(gòu)膠脫粘的頻譜圖進行干涉回波頻譜分析即建立結(jié)構(gòu)膠不同脫粘程度與峰值頻率間隔的關(guān)系曲線，判斷結(jié)構(gòu)膠的脫粘程度。實施例（1）選取模型材料，建立結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘0

19、%的有限元模型（即無缺陷缺陷）；根據(jù)風(fēng)電葉片大梁和腹板粘結(jié)過程過程中的實際情況設(shè)置相關(guān)的材料的彈性模量（E）、密度()、泊松比（），在ANSYSLS-DYNA中建立主梁和腹板粘結(jié)區(qū)域結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘0%的有限元模型，材料參數(shù)見表1；表1E（Mpa）（kg/m3）主梁4464019480.28結(jié)構(gòu)膠28001249.70.3腹板1264319470.53輕質(zhì)泡沫1372000（2）將步驟（1）得到的有限元模型中大梁1上側(cè)外壁對應(yīng)結(jié)構(gòu)膠2中心位置分別施加中心頻率為250K、500K、1000K、2000K漢寧窗調(diào)制的脈沖波，在激發(fā)位置處分別獲取回波的時域信號即無缺膠的脈沖回波檢測信號。如圖2a

20、、圖2b、圖2c和圖2d所示，波形圖橫軸為時間，縱軸為波速；將得到的脈沖回波檢測信號進行比較，根據(jù)波形特點和衰減情況確定檢測該模型適合的中心頻率為500K。需要注意的是，采樣時間為30us，可根據(jù)需要設(shè)定的采樣間隔，本實施例中將采樣間隔設(shè)定為0.01us。（3）采用步驟（1）的模型尺寸參數(shù)和材料參數(shù)，在ANSYSLS-DYNA軟件中建立結(jié)構(gòu)膠在厚度方向缺失1mm的有限元模型，圖3b所示，在有限元模型中大梁1上側(cè)外壁對應(yīng)結(jié)構(gòu)膠2缺失的中心位置采用步驟（2）確定的中心頻率為500K的脈沖波進行激發(fā)，在LS-prepost軟件里的激發(fā)位置提取數(shù)據(jù)，獲取波速隨時間變化的波形圖（二維圖）即結(jié)構(gòu)膠在厚度方

21、向脫粘20%的脈沖回波檢測信號，如圖5b所示，發(fā)現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)膠的部分缺失結(jié)構(gòu)膠上界面反射回波和缺陷界面反射回波發(fā)生疊加，產(chǎn)生了干涉。需要注意的是，采樣時間和采樣間隔和步驟（1）中相同。（4）將步驟（3）得到的脈沖回波檢測信號進行干涉回波頻譜分析，截取10us到25us的回波檢測信號，在Origin軟件中進行快速傅里葉變換，獲取其頻譜圖（二維圖），如圖6b所示；頻譜圖橫軸為頻率f，縱軸為幅值。再提取頻譜圖中所對應(yīng)的峰值頻率和。需要注意的是，可根據(jù)需要設(shè)定截取的信號長度，本實施例中截取的信號長度為15us。（5）分別按上述步驟（2）（4）建立結(jié)構(gòu)膠在厚度方向脫粘20%、40%、60%、80%和100%的有限元模型，得到相應(yīng)的頻譜圖和步驟（4）得到的頻譜圖進行