استفاده از آنالیز مودال جهت پایش سلامت پره توربین باد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مکانیک، دانشکده نفت آبادان، دانشگاه صنعت نفت

چکیده

پایش سلامت ماشین‌های دوار یکی از مهم‌ترین فعالیت‌های مهندسی شامل اندازه‌گیری و تحلیل پارامترهای مؤثر بر عملکرد آنها است که به منظور ارزیابی وضعیت فعلی و پیش‌بینی عملکرد آتی دستگاه‌ها انجام می‌شود. از آنجایی‌که خواص رزونانسی یا مودال یک ساختار مکانیکی تحت تأثیر خواص فیزیکی آن است بنابراین هرگونه تغییر در خواص فیزیکی یک سازه باعث تغییر در پارامترهای مودال آن می‌شود. از این رو می‌توان با نظارت پیوسته بر سیستم و پارامتر‌های آنالیز مودال، وقوع آسیب در سیستم را شناسایی کرد. در این مقاله به پایش سلامت پره توربین باد از جنس کامپوزیت با بهره‌مندی از مبانی مکانیک شکست و آنالیز ارتعاشات پرداخته می‌شود. با پایش فرکانس طبیعی مشاهده می‌شود افت فرکانس‌های طبیعی پس از عمق مشخصی از ترک، شدت گرفته است بگونه‌ایکه می‌توان پارامتری به عنوان عمق ترک بحرانی را معرفی نمود که این پارامتر با افزایش فاصله ترک از ریشه پره افزایش می‌یابد. به‌عنوان نمونه، عمق بحرانی ترک واقع در نزدیکی ریشه ۲۵۰ میلی‌متر بوده در حالی‌که برای ترک واقع در نوک پره ۳۵۰ میلی‌متر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of Modal Analysis for Health Monitoring of Wind Turbine Blade

نویسندگان [English]

  • Seyed Mohammad Hosein Sharifi
  • Gholamreza Rashed
  • MohammadFoad Salamizadeh
Mechanical Engineering Department , Abadan Faculty. Petroleum University of Technology
چکیده [English]

Health monitoring of rotating machinery is a critical engineering task that involves the measurement, recording, analysis, and evaluation of key parameters affecting machine behavior and performance over time. This process aims to assess the current condition and predict future behavior of mechanical systems to prevent sudden failures and optimize maintenance schedules. Among rotating components, the structural integrity of wind turbine blades is especially important, as damage can lead to costly downtimes or even catastrophic failures.

Since the modal or resonant properties of a mechanical structure are directly influenced by its physical characteristics—such as stiffness, mass, and boundary conditions—any alteration caused by damage, like a crack, can lead to detectable changes in modal parameters. Therefore, by continuously monitoring the system and analyzing changes in these parameters, it becomes possible to detect structural degradation at an early stage.

This study focuses on structural health monitoring (SHM) of a composite wind turbine blade using principles from fracture mechanics and vibration-based modal analysis. The numerical investigation is carried out by tracking the variations in natural frequencies as a crack initiates and propagates along the blade. Results indicate that the reduction in natural frequencies becomes more pronounced beyond a certain crack depth, enabling the identification of a critical threshold for maintenance intervention. Furthermore, it is observed that increasing the distance between the crack and the clamped root of the blade leads to a higher critical depth and more stable frequency behavior. For example, a crack located near the root with a depth of 250 mm results in about a 6% decrease in the first mode frequency, while a crack near the tip with a depth of 350 mm leads to over 20% reduction in the fourth mode, which is torsional and structurally critical.

If resonance occurs in specific modes, the approximate location of the crack can be estimated based on the observed frequency. These findings confirm the effectiveness of SHM techniques for real-time damage detection and localization in composite blade structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Structural Health Monitoring
  • Wind Turbine Blade
  • Crack Growth
  • Finite Element Method
  • Modal Analysis