基于Monte Carlo的風力機葉片強度可靠性分析

摘 要：隨著風力機應(yīng)用數(shù)量增多，以及應(yīng)用規(guī)模擴大，風力機葉片可靠度的保證尤為關(guān)鍵。利用Monte Carlo客觀分析葉片強度可靠性，為葉片安全狀態(tài)長效維持提供依據(jù)，實現(xiàn)風力機的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。該文在介紹Monte Carlo的基礎(chǔ)上，分析風力機類型及其葉片狀態(tài)和葉片參數(shù)，并以有限元模型構(gòu)建的方式分析風力機葉片載荷及強度，最后探究基于Monte Carlo的風力機葉片可靠性。

關(guān)鍵詞：Monte Carlo;風力機;葉片強度;可靠性分析;有限元模型

中圖分類號：TK83 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）30-0060-04

Abstract： As the number of wind turbine applications increases and the scale of applications expands， ensuring the reliability of wind turbine blades is particularly critical. Monte Carlo is used to objectively analyze blade strength reliability to provide a basis for long-term maintenance of blade safety conditions and achieve smooth operation of wind turbines. Based on the introduction by Monte Carlo， this paper analyzes the types of wind turbines， their blade states and blade parameters， analyzes the load and strength of wind turbines blades by means of finite element model construction， and finally explores the reliability of wind turbines blades based on Monte Carlo.

Keywords： Monte Carlo; wind turbine; blade strength; reliability analysis; finite element model

風力機葉片物理故障客觀存在，為減少葉片彎矩失效事件，務(wù)必對葉片強度可靠性分析。當Monte Carlo用于分析風力機葉片強度及可靠性，基于有限元模型掌握額定風速、切出風速2種工況下葉片的失效概率和變異系數(shù)。根據(jù)0.000 28（0.000 35）較低失效概率和14.2%（18.7%）較低變異系數(shù)，選定精確度高、適用性強的子集模擬法展開分析。

1 Monte Carlo概述

Monte Carlo中文名稱為蒙特卡洛模擬法，是結(jié)構(gòu)可靠度分析法的一種。Monte Carlo程序結(jié)構(gòu)簡單，受幾何條件影響甚微，易于實現(xiàn)[1]。其應(yīng)用原理，即圍繞隨機事物特點進行接近真實性的描述，并逼真模擬物理實驗過程，誤差、精度易確定。這一方法計算公式如公式（1），以隨機試驗的形式計算積分，分布密度函數(shù)用f（r）表示，隨機變量用g（r）表示，視所計算積分為函數(shù)中自變量的數(shù)學期望。

<g>=g（r）f（r）dr 。 （1）

試驗中，若干觀察值r1、r2……rN指函數(shù)中f（r）的N個子樣;對應(yīng)觀察值的隨機變量值，用g（r1）、g（r2）、g（rN）表示，隨機變量值的算數(shù)平均值（公式（2））又可稱為積分近似值。

gN=∑g（ri）。 （2）

Monte Carlo在可靠性分析中能夠提供精確解，但要以模擬次數(shù)為依據(jù)，圍繞失效率值分析模擬數(shù)量，當失效率小于0.001，說明模擬數(shù)量之多。