以小型水平轴风力机为研究对象,基于三维数字散斑相关法(3D-DSCM,3D digital speckle correlation method)对风力机叶片进行了切应变测量.试验主要解决了风力机叶片在高速旋转和高频振动下叶片表面微小形变产生应变难以测量的问题;试验采用高帧率数字散斑法,利用帧率为340帧的相机连续采集叶片运动照片,能得到0.0029 s内叶片位移变化情况,通过位移变化可计算出其应变.测量可靠性高结果表明叶片结构应变集中区域为距离叶根半径0.7 R处,其应变值超过其他位置9.5%~19.3%;随着离心力载荷、气动力载荷增大,叶片应变都增大,而离心力载荷是引起叶片应变增大的主要因素;叶轮发生共振时,共振策动效应使叶片产生交变应变,其交变循环规律恶化、应变幅值成倍增加;另外,共振策动力在叶根部位产生振源效应,引起叶片应变沿弦展方向逐渐增大.

采用雷诺平均NS方程和标准k-ε湍流模型,在不同风速和转速下对某风力机叶片基于Workbench进行了单向流固耦合数值模拟,分别分析了气动力载荷和离心力载荷对风力机叶片功率及风力机叶片结构特性的影响。结果表明:相对于气动力载荷,风力机叶片离心力载荷对风力机叶片结构特性的影响较大。