01 李东升 长柔风机叶片非线性大变形分析与扫塔风险监测-分享版.pdf

1、长柔风机叶片非线性大变形分析与扫塔风险监测Nonlinear Large Deformation Analysis of Wind Turbine Blades and Tower Clearance Risk Monitoring报告人：李东升李东升 教授、博导汕头大学土木系 特聘教授、博士生导师汕头市海上风能重点实验室 主任广东省结构安全与监测工程技术研究中心 主任2025/12/512025/12/52 汕头大学 校园风光广东省、教育部李嘉诚基金会三方共建土木工程一级学科博士学位授权点2023博士后流动站2025/12/53 汕头市海上风能重点实验室主要研究方向 近海固定式风机基础可靠性

2、与动力学风险分析 深远海漂浮式风机刚柔耦合多体动力学与动态稳定性 海上风电场的智能运维与全寿命周期管理2025/12/54 教育经历 1990.09-1994.07 上海交通大学上海交通大学 本科本科 1999.09-2002.07 大连理工大学大连理工大学 硕士硕士 2005.08-2012.01 Universit t Siegen 博士博士 2018.05-现现 在在 汕头大学汕头大学 工学院工学院 教授教授/博导博导 2005.08-2007.09 Universit t Siegen DAAD资助留学资助留学 2006.05-2006.07 Universit degli Studi

3、 di Pavia 访问学者访问学者 2014.03-2015.02 University of Illinois 访问学者访问学者 2002.07-2018.04 大连理工大学大连理工大学 副教授副教授/博导博导 工作履历 研究背景与研究现状2025/12/55风机巨型化是深远海风机的必然选择，叶片长度不断刷新纪录。目前最长叶片153米，属于超长、柔性结构。非线性大变形的危害：1.运行过程中，可能引发“扫塔”。2.持续的大变形可能加速叶片损伤。长柔叶片极易出现非线性大变形 研究背景与研究现状2025/12/56常用的变形监测技术很难实现叶片变形的全寿命监测激光雷达位移测量数字图像位移测量形状

4、传感技术是解决不同结构、全天候变形监测的重要方法。Offshore wind turbine bladesRotating blades 现有方法不足2025/12/57测量应变数据应变位移转化结构位移场重构形状传感技术(Shape Sensing)：Real-time reconstruction of structural deformations using in-situ strain data梁的纯弯曲梁弯曲后，曲率与应变和挠度的关系为：因此，梁的挠度为：ky=wk=12wdxc xcy=+现有方法不足8模态转换算法迭代算法 试验DST过程繁琐 数值DST需材料信息 不适合大变形不足

5、之处不足之处 离散应变连续化使算法计算效率低，不适合高频变形重构。测量误差随测量距离不断叠加，在测量远端精度低。无法应用于大变形重构。不足不足实测应变离散应变连续化曲率和挠率几何关系数值积分变形场重构实测应变应变模态位移模态加权系数位移求解应变-位移转换矩阵(DST)现有方法不足2025/12/59 适合于复杂结构的位移求解 不需要材料属性和荷载信息 适合于静态和动态变形重构最小二乘误差泛函结点位移进行位移场插值位移-应变关系理论应变实测应变应变状态理论应变传感器布设方案误差最小 基于小变形假设，无法解决大变形重构问题缺点位移场求解方程KRUR=FR逆有限元算法-Inverse Finite

6、Element Method优点 现有方法不足2025/12/510现有形状传感方法主要基于小变形假设，无法用于非线性大变形的分析计算。现有形状传感方法主要基于小变形假设，无法用于非线性大变形的分析计算。222()()()1()()()(,)2yzxxxu xu xv xw xx y zzyxxxxxx=+线性部分非线性部分原因：几何方程中的非线性项存在原因：几何方程中的非线性项存在，引起求解困难引起求解困难。1122yyyxxxzzxyuuuuuuuuxyxyxyxy=+非线性部分线性部分 大变形分析计算类刚度更新法(Analog Stiffness Upgrading ASU)2025/1