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为了应对全球变暖和能源危机,清洁可再生能源越来越受到人们的重视。风能作为一种清洁可再生能源,以其独特的优势而获得了较快发展。叶片是风力发电机最为关键的部件之一,由于其所处自然环境相对恶劣,服役工况复杂,导致易出现各种形式的损伤,且损伤后维护更换的费用高昂。解决这一问题,提高风机叶片耐久性的最好方法是应用各种结构健康监测技术对叶片的状态进行实时监测。Lamb波检测方法以其独有的特性和优点,在风机叶片的结构健康监测研究中得到广泛应用。但是目前基于 Lamb波的风机叶片结构健康监测研究还停留在实验室阶段,还存在着较多需要解决的问题。其中主要问题有三个方面:一个是损伤指标敏感性不足的问题;另一个问题是如何处理系统现场环境和工作条件变化对损伤识别结果的影响;最后一个是如何优化传感器的布置。 本文基于上述背景,对基于压电 Lamb波的风机叶片结构健康监测相关理论和技术进行了详细研究,主要工作包含以下几个方面: (1)研究和探讨了基于 Lamb波的风力发电机叶片结构损伤识别和健康监测的基本理论和方法,查找出理论和技术关键点。 (2)通过具体的试验测试和数据分析,提出通过建立损伤形式与损伤指标档案的方法来克服单一损伤指标敏感性不足的问题。在试验研究中发现,不同的损伤指标(能量积分损伤指标和互相关损伤指标)对不同的损伤形式(附加质量损伤、裂缝损伤和通孔损伤)的敏感性不同,通过事先建立损伤指标和损伤形式档案,不仅有助于识别损伤的有无,而且还有助于确定损伤的具体形式。 (3)针对环境变化对监测结果的影响,提出了累积趋势瞬时空间基准法,并通过实际试验对这一方法的有效性进行了验证。试验结果表明,该方法通过监测数据可以有效判别结构的健康状态及发展趋势,有望今后应用于结构的长期状态监测。 (4)测试了不同长度作动传感路所能检测的最大范围。测试结果表明,作动传感路径越长,它可以检测到距离其越远处的损伤,但是同时还要考虑信号的衰减问题,路径越长,信号衰减也就越厉害。所以在具体应用时,应该在保证接收信号强度的前提下,尽量加大作动传感路径的长度,以减少传感器的使用数量和所要处理的数据量。