桨叶是风力发电机的重要组成部件,随着风机功率的提高桨叶叶根的螺栓受力也越来越大,叶根高强度螺栓的断裂问题成为风机安全的研究重点。本论文针对某风电场1.5MW风机的桨叶叶根高强度螺栓的断裂问题展开了相关研究,完成如下工作:(1)对风电场叶根断裂螺栓进行了断口分析、光谱分析、硬度检验、力学性能检验和金相组织分析等实验研究,分析结果表明,叶根高强度螺栓的断裂属于疲劳断裂。(2)对桨叶叶根和叶根高强度螺栓分别构建力学分析和有限元分析模型。首先,建立桨叶叶片坐标系和叶根坐标系;在叶片坐标系下,基于空气动力学和静力学的相关理论对桨叶进行了受力分析,得出运动的桨叶主要承受三种外载荷(空气动力、重力和离心力)的共同作用,总结出桨叶载荷的表达式;结合MATLAB软件对该通式进行了分析,得到桨叶受力的最大方位及合力值;其次,把该合力转化到叶根坐标系下的叶根处,确定了在该合力值作用下叶根受力状况和受力的最大区域,进而分析出叶根受力最大区域中螺栓的受力状况和危险截面出现的位置;再结合ANSYS有限元软件进一步对叶根及叶根螺栓受力状况进行分析,得出叶根受力云图和叶根螺栓组受力云图,从而确定了受力最大螺栓的位置。两种分析方法表明,叶根受力最大螺栓的位置和受力最大螺栓的危险截面位置都相同,且两种分析方法所得到的最大应力值的相对误差仅为6.8%。理论分析和有限元分析得到了相互映证,为进行声发射试验提供分析依据。(3)受力最大高强度螺栓的声发射(AE)试验设计。主要完成了激励加载系统设计和声发射信号测试系统设计。试验对象选用与现场双头螺柱同材质的六角头螺栓,采取给试验对象施加弯矩的方法进行激励加载;另外,借助声发射试验信号采集系统(信号采集软件、传感器和放大器类型选择等),搭建了试验的测试模型,完成了声发射试验信号数据的采集。(4)对受力最大处高强度螺栓声发射试验数据进行分析。把幅值作为声发射信号的提取的对象,然后对其进行时域和频域(FFT)分析,获得了高强度螺栓断裂前的一般信号特征,试验表明声发射技术检测方法是诊断螺栓断裂的一种可行方法。