1.本公开涉及试样的测试，更具体地，本公开涉及用于试样的机械负载测试的测试装置和方法，试样诸如是包括复合物材料与其它元件（诸如金属元件）之间的接口（例如螺栓连接件）的试样。
背景技术：
2.风力涡轮机叶片通常由螺栓连接的接头紧固到风力涡轮机的毂。类似地，风力涡轮机叶片的其它连接（例如模块化叶片接头）可依赖于螺栓连接的接头。这些连接中的一些受到相当大的应力，并且因此必须对此类组件进行彻底测试，以确保接头能够承受应力。
3.螺栓连接件通常使用具有一个或多个螺栓连接的接头的试样对于准静态和疲劳情况被机械测试。通常通过使试样经受轴向负载，同时测量对增加负载以及重复循环负载的响应来执行机械测试。
技术实现要素：
4.本公开的一个目的在于提供一种方法和诸如测试装置的测试装备，以便于结构构件的测试试样的更精确和充分的负载测试。风力涡轮机叶片的特定结构构件，诸如螺栓连接件，例如根部螺栓连接件。
5.因此，本公开涉及用于试样的机械负载测试的测试装置和方法。特别是沿纵向轴线从第一试样端延伸到第二试样端的试样，并且包括沿纵向轴线从第一复合物端延伸到第二复合物端的复合物材料，以及沿纵向轴线从第一初级构件端延伸到第二初级构件端的初级长形构件。第一初级构件端形成第一试样端。复合物材料沿第一接口区域封装初级长形构件，第一接口区域沿纵向轴线从第二初级构件端延伸到第一复合物端。
6.因此，公开了一种用于试样的机械负载测试的方法，其中该方法包括：将第一试样端固定到测试装置的第一连接部分；将第二试样端固定到测试装置的第二连接部分；以及通过在测试装置的第一连接部分与第二连接部分之间施加压缩力和/或张力来将负载施加到试样。施加的负载提供成使其导致轴向负载分量和弯矩施予到试样。
7.还公开了一种用于试样的机械负载测试的测试装置，其中该测试装置包括适于固定第一试样端的第一连接部分，以及适于固定第二试样端的第二连接部分。测试装置可操作成通过在测试装置的第一连接部分与第二连接部分之间施加压缩力和/或张力来将负载施加到试样。施加的负载提供成使其导致轴向负载分量和弯矩施予到试样。
8.通过施加包括轴向负载和弯矩两者的负载来测试试样，施加的负载更符合构件在预期使用期间的实际负载条件。从而，测试负载更接近实际使用条件，这意味着可防止潜在的故障，并且可潜在地减小误差容限。
附图说明
9.下面将参考附图更详细地描述本公开的实施例。附图示出了实现本公开的一种方
式，并且不应解释为限制落入所附权利要求集的范围内的其它可能的实施例。
10.图1示意性地示出了常规现代逆风风力涡轮机，图2示意性地示出了示例性风力涡轮机叶片，图3示意性地示出了示例性风力涡轮机叶片的根部，图4示意性地示出了根部连接器的试样，图5示意性地示出了根部连接器的试样，图6a-6c示意性地示出了将负载施加到试样的实例，图7a-7b示意性地示出了将负载施加到试样的实例，图8a-8c示意性地示出了示例性测试装置，图9示意性地示出了示例性试样，以及图10示意性地示出了示例性连接框架。
具体实施方式
11.公开了一种用于试样的机械负载测试的方法和测试装置。特别是沿纵向轴线从第一试样端延伸到第二试样端的试样。试样可进一步包括沿纵向轴线从第一复合物端延伸到第二复合物端的复合物材料，以及沿纵向轴线从第一初级构件端延伸到第二初级构件端的初级长形构件。复合物材料可沿第一接口区域封装并且可结合到初级长形构件，第一接口区域沿纵向轴线从第二初级构件端延伸到第一复合物端。第一初级构件端可形成第一试样端。
12.第二复合物端可为第二试样端。备选地，试样可包括沿纵向轴线从第一二级构件端延伸到第二二级构件端的二级长形构件。第二二级构件端可为第二试样端。复合物材料可沿第二接口区域封装二级长形构件，第二接口区域沿纵向轴线延伸。二级长形构件可与初级长形构件同轴。
13.复合物材料可关于纵向轴线基本对称。初级长形构件可关于纵向轴线基本对称。二级长形构件可关于纵向轴线基本对称。复合物材料、初级长形构件和可选地二级长形构件可关于纵向轴线同轴。初级长形构件可为基本上圆柱形的元件，诸如螺栓和/或螺栓插接件。二级长形构件可为基本上圆柱形的元件，诸如螺栓和/或螺栓插接件。复合物材料可形成基本上圆柱形的元件。复合物材料可包括悬浮在树脂的基质中的增强纤维，诸如玻璃纤维和/或碳纤维。树脂可为环氧树脂、聚酯树脂或乙烯基酯树脂（或其它）。
14.测试装置可包括第一连接部分。第一试样端可固定到测试装置的第一连接部分。第一连接部分可适于固定第一试样端。第一试样端可固定到第一连接部分以允许第一试样端例如相对于第一连接部分的旋转移动。将第一试样端固定到第一连接部分可包括将第一试样端固定到第一连接部分以允许第一试样端例如相对于第一连接部分的旋转移动。第一连接部分可适于固定第一试样端以允许第一试样端相对于第一连接部分的旋转移动。测试装置可适于允许第一试样端例如相对于第二连接部分的平移移动。
15.测试装置可包括第二连接部分。第二连接部分可由地板或测试装置的公共平台形成。第二试样端可固定到测试装置的第二连接部分。第二连接部分可适于固定第二试样端。
16.将第二试样端固定到第二连接部分可包括将第二试样端紧固到第二连接部分，例如以防止第二试样端相对于第二连接部分的旋转和/或平移移动。第二连接部分可适于固
定第二试样端以防止第二试样端例如相对于第二连接部分的旋转移动。备选地，将第二试样端固定到测试装置的第二连接部分可包括将第二试样端固定到第二连接部分，例如以允许第二试样端例如相对于第二连接部分的旋转移动。第二连接部分可适于固定第二试样端以允许第二试样端相对于第二连接部分的旋转移动。测试装置可适于允许第二试样端例如相对于第一连接部分的平移移动。
17.可通过在测试装置的第一连接部分与第二连接部分之间施加压缩力和/或张力来将负载施加到试样。测试装置可操作成通过在第一连接部分与第二连接部分之间施加压缩力和/或张力来将负载施加到试样。施加的负载可提供成使其导致轴向负载分量和弯矩施予到试样。
18.将负载施加到试样可包括在第一连接部分与第二连接部分之间沿相对于试样的纵向轴线成角度的第一方向施加第一力。例如，测试装置可操作成通过在第一连接部分与第二连接部分之间沿相对于试样的纵向轴线成角度的第一方向施加第一力来将负载施加到试样。
19.将负载施加到试样可包括在第一连接部分与第二连接部分之间沿平行于试样的纵向轴线的第二方向施加第二力。第二方向可从纵向轴线偏移一偏移距离。偏移距离可在0.1-100 mm之间，诸如在5与30 mm之间，诸如在10与20 mm之间。第一连接部分可适于在试样的纵向轴线与第一连接部分之间以一偏移距离固定第一试样。例如，使得测试装置可操作成通过在第一连接部分与第二连接部分之间、沿平行于试样的纵向轴线并且偏移一偏移距离的第二方向施加第二力来将负载施加到试样。
20.将负载施加到试样可包括跨过第一试样端的宽度施加力分布。力分布可关于纵向轴线不对称。例如，测试装置可操作成通过跨过第一试样端的宽度施加力分布来将负载施加到试样。
21.测试装置可包括可操作成将负载施加到试样的第一致动器和可选地第二致动器。第一连接部分可形成第一致动器的部分。第二连接部分可形成第二致动器的部分。第一致动器和第二致动器可为同轴的。备选地，第一致动器和第二致动器可连接到第一连接部分的梁形成部分。
22.测试装置可包括梁。例如，测试装置的第一连接部分可包括梁。梁可在第一梁端与第二梁端之间延伸。第一致动器可附接到第一梁端。第二致动器可附接到第二梁端。将第一试样端固定到第一连接部分可包括将第一试样端固定到第一梁端与第二梁端之间的中间梁位置。第一连接部分可适于通过将第一试样端固定到中间梁位置来固定第一试样。第一致动器和第二致动器可被操作成施加不同的力，从而在试样中施加弯矩。
23.下文将在相关时参考附图描述各种示例性实施例和细节。应当注意，附图可以或可以不按比例绘制，并且类似结构或功能的元件贯穿所有附图由相似的参考标记表示。还应当注意的是，附图只是旨在便于实施例的描述。它们不旨在作为本发明的详尽描述或作为对本发明范围的限制。另外，图示的实施例不需要具有所示的所有方面或优点。结合特定实施例描述的方面或优点不一定限于该实施例并且能够在任何其它实施例中实践，即使未如此示出或即使未如此明确描述。
24.图1示意性地示出了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代逆风风力涡轮机2，其具有塔架4、机舱6和具有基本上水平的转子轴的转子。转子包括毂8和从毂8沿径向延伸的三个
叶片10，叶片各自具有最接近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片尖部14。
25.图2示意性地示出了示例性风力涡轮机叶片10。风力涡轮机叶片10具有带根部端17和尖部端15的常规风力涡轮机叶片的形状，并且包括最接近毂的根部区域30、最远离毂的成型或翼型区域34，以及根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括当叶片安装在毂上时面向叶片10的旋转方向的前缘18，以及面向前缘18的相对方向的后缘20。
26.翼型区域34（也称为成型区域）具有关于产生升力的理想或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑具有基本圆形或椭圆形横截面，这例如使得更容易并且更安全地将叶片10安装到毂。根部区域30的直径（或弦）可沿整个根部区30恒定。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状逐渐变化到翼型区域34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区域32的弦长通常随着距毂的距离r的增加而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，翼型轮廓具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂的距离的增加而减小。
27.叶片10的肩部40限定为叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40通常设在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。
28.应当注意，叶片的不同区段的弦通常不位于共同平面中，因为叶片可扭曲和/或弯曲(即，预弯曲)，因此向弦平面提供了对应扭曲和/或弯曲的路线，这是为了补偿取决于距毂的半径的叶片的局部速度的最常见的情况。
29.风力涡轮机叶片10包括叶片壳，叶片壳包括通常由纤维增强聚合物制成的两个叶片壳部分或半壳：第一叶片壳部分24和第二叶片壳部分26。风力涡轮机叶片10可包括附加的壳部分，诸如第三壳部分和/或第四壳部分。第一叶片壳部分24通常是压力侧或逆风叶片壳部分。第二叶片壳部分26通常是吸入侧或顺风叶片壳部分。第一叶片壳部分24和第二叶片壳部分26沿结合线或胶合接头28利用诸如胶合剂的粘合剂紧固在一起，结合线或胶合接头沿叶片10的后缘20和前缘18延伸。通常，叶片壳部分24、26的根部端具有半圆形或半椭圆形外横截面形状。
30.图3示意性地示出了诸如如前面图中所示的风力涡轮机叶片10的示例性风力涡轮机叶片的根部16。
31.根部16在根部端17包括多个螺栓插接件42。多个螺栓接收件42可装配有多个螺栓44。为简单起见，仅示出了三个螺栓44。然而，将理解的是，可为每个螺栓插接件42提供螺栓44。螺栓44可通过与螺栓插接件42（例如筒形螺母）内部的内螺纹进行螺纹连接而附接到螺栓插接件42，螺栓插接件可在根部16的制造期间封装在根部端17的材料中。备选地，螺栓44可直接嵌入根部16中，例如通过在根部16的制造期间将螺栓44嵌入根部端17中。
32.螺栓插接件42和/或螺栓44负责将风力涡轮机叶片附接到风力涡轮机的毂。因此，螺栓插接件42和/或螺栓44是避免风力涡轮机的极端故障的关键构件。尺寸不足的螺栓插接件42和/或连接器螺栓44和/或根部16的材料与螺栓插接件42和/或连接器螺栓44之间的弱联接可能导致诸如整个叶片从毂断开的灾难性故障。
33.图4示意性地示出了根部连接器的试样50，例如包括如关于图3所示的螺栓插接件42和螺栓44。试样50沿纵向轴线l从第一端50a延伸到第二端50b。试样50包括沿纵向轴线l从第一复合物端52a延伸到第二复合物端52b的复合物材料52。如图3中所示，试样50包括初级长形构件54，初级长形构件例如包括螺栓插接件42和/或螺栓44。初级长形构件54沿纵向轴线l从第一初级构件端54a延伸到第二初级构件端54b。
34.如在所示实例中所见，第一初级构件端54a对应于第一试样端50a。在所示实例中，第二复合物端52b是第二试样端50b。
35.复合物材料52沿第一接口区域56封装初级长形构件54，第一接口区域沿纵向轴线l从第二初级构件端54b延伸到第一复合物端52a。
36.复合物材料52和初级长形构件54关于纵向轴线l基本对称。
37.图5示意性地示出了根部连接器的备选试样60，例如包括如关于图3所示的螺栓插接件42和螺栓44。图5的试样60是包括相同端部的对称试样，这可简化一些测试。此外，与图4的试样50相比，试样60的强度测试具有在测试中包括两个接口的优点，导致测试更可靠。
38.试样60沿纵向轴线l从第一端60a延伸到第二端60b。试样60包括沿纵向轴线l从第一复合物端62a延伸到第二复合物端62b的复合物材料62。试样60包括初级长形构件64，初级长形构件例如包括如图3中所示的螺栓插接件42和/或连接器螺栓44。初级长形构件64沿纵向轴线l从第一初级构件端64a延伸到第二初级构件端64b。试样60包括二级长形构件68，二级长形构件例如包括如图3中所示的另一个螺栓插接件42和/或另一个螺栓44。二级长形构件68沿纵向轴线l从第一二级构件端68a延伸到第二二级构件端68b。二级长形构件68与初级长形构件64同轴。
39.如在所示实例中所见，第一初级构件端64a对应于第一试样端60a。在所示实例中，第二二级构件端68b是第二试样端60b。
40.复合物材料62沿第一接口区域66封装初级长形构件64，第一接口区域沿纵向轴线l从第二初级构件端64b延伸到第一复合物端62a。复合物材料62沿第二接口区域69封装二级长形构件68，第二接口区域沿纵向轴线l从第一二级构件端68a延伸到第二复合物端62b。
41.复合物材料62、初级长形构件64、二级长形构件68关于纵向轴线l基本对称。
42.图6a-6c示意性地示出了将负载施加到试样50（诸如如关于图4描述的试样50）的实例，其中施加的负载导致轴向负载分量和弯矩施予到试样50。
43.在所示实例中，通过紧固第二试样端50b，第二试样端50b被固定（例如固定到测试装置的第二连接部分）成防止第二试样端50b例如相对于第二试样端50b附接到其的元件（例如，测试装置的第二连接部分）的旋转移动和平移移动。例如，第二试样端50b可附接到地板。在一些备选实例中，第二试样端50b可被固定以允许第二试样端50b的旋转和/或平移移动。
44.第一试样端50a固定到测试装置（未示出）的第一连接部分，并且测试装置构造成在第一连接部分与第二试样端50b之间施加负载，第二试样端可固定到测试装置的第二连接部分，诸如地板。第一试样端50a可被固定以允许第一试样端50a的旋转和/或平移移动。
45.施加的负载提供成使其导致轴向负载分量和弯矩施予到试样50。例如，如图6a中所示，施加负载可包括沿相对于试样50的纵向轴线l成角度a的第一方向施加第一力f1。备选地，如图6b中所示，施加负载可包括沿例如平行于试样的纵向轴线l的第二方向施加第二力f2，其中第二方向从纵向轴线l偏移一偏移距离d。备选地，如图6c中所示，施加负载可包括跨过第一试样端50a的宽度施加力分布f3，其中力分布关于纵向轴线l不对称。
46.图7a-7b示意性地示出了将负载施加到试样60（诸如如关于图5描述的试样60）的实例，其中施加的负载导致轴向负载分量和弯矩施予到试样60。
47.第一试样端60a固定到测试装置（未示出）的第一连接部分，并且第二试样端60b固
定到测试装置的第二连接部分。测试装置构造成在第一试样端60a与第二试样端60b之间施加负载。第一试样端60a和/或第二试样端60b可被固定以允许其旋转和/或平移移动。
48.施加的负载提供成使其导致轴向负载分量和弯矩施予到试样60。例如，如图7a中所示，施加负载可包括沿例如平行于试样的纵向轴线l的第二方向施加第二力f2，其中第二方向从纵向轴线l偏移一偏移距离d。备选地，如图7b中所示，施加负载可包括跨过第一试样端60a的宽度施加力分布f3，其中力分布关于纵向轴线l不对称。
49.图8a-8c示意性地示出了示例性测试装置70、80、90，其用于将负载施加到试样（诸如如关于图4描述的试样50和/或如关于图5描述的试样60），使得施加的负载导致轴向负载分量和弯矩施予到试样50、60。
50.在图8a中，测试装置70包括固定到试样50的第一试样端50a的第一连接部分72，例如第一连接部分72固定到试样50的初级长形构件。测试装置70包括固定到第二试样端50b的第二连接部分74。第一连接部分72由第一连接框架100固定到第一试样端50a。
51.第一试样端50a固定到测试装置70的第一连接部分72以允许第一试样端50a相对于第一连接部分72的旋转移动。第二试样端50b紧固到测试装置70的第二连接部分74以防止第二试样端50b相对于第二连接部分74的旋转移动和平移移动。
52.测试装置70包括构造成施加力（例如线性力）的致动器76。致动器76可操作成在测试装置70的第一连接部分72与第二连接部分72之间施加压缩力和/或张力。第一连接部分72形成致动器76的部分。致动器76沿平行于试样50的纵向轴线l的方向x在第一连接部分与第二连接部分之间施加力，其中方向x从纵向轴线l偏移一偏移距离d。由于偏移距离d，因此通过沿方向x施加力将力矩施予到试样。在图8a的测试装置70中的试样50经受的力矩在试样50的第二试样端50b处最大，并且朝向第一试样端50a减小。
53.为了图示的目的，夸大了偏移距离d。偏移距离可在5-30 mm的范围内，而第一试样50的长度可具有约0.5 m的长度。
54.在图8b中，测试装置80包括固定到试样50的第一试样端50a的第一连接部分82，例如第一连接部分82固定到试样50的初级长形构件。测试装置80包括固定到第二试样端50b的第二连接部分84。第二连接部分84可由地板提供。
55.第二试样端50b紧固到测试装置80的第二连接部分84以防止第二试样端50b相对于第二连接部分84的旋转移动和平移移动。
56.测试装置80包括构造成联合地向试样50施加力和/或力分布的第一致动器86a和第二致动器86b。致动器86a、86b可操作成施加压缩力和/或张力。测试装置80的第一连接部分82包括在第一梁端88a与第二梁端88b之间延伸的梁88。第一致动器86a附接到第一梁端88a，并且第二致动器86b附接到第二梁端88b。第一试样端50a固定到第一梁端88a和第二梁端88b之间的中间梁位置。
57.第一致动器86a和第二致动器86b构造成经由梁88在测试装置80的第一连接部分82与第二连接部分84之间联合地向试样50施加力和/或力分布。致动器86a、86b经由梁88在第一连接部分82与第二连接部分84之间施加负载，并且通过改变第一致动器86a和第二致动器86b对施加负载的贡献，弯矩可施予到试样50。在图8b的测试装置80中的试样50经受的弯矩在试样50的第二试样端50b处最大，并且朝向第一试样端50a减小。
58.在图8c中，测试装置90包括固定到试样60的第一试样端60a的第一连接部分92，例
如第一连接部分92固定到试样60的初级长形构件64。测试装置90包括固定到第二试样端60b的第二连接部分94，例如第二连接部分94固定到试样60的二级长形构件68。第一连接部分92由第一连接框架100固定到第一试样端60a。第二连接部分94由第二连接框架102固定到第二试样端60b。
59.第一试样端60a固定到测试装置90的第一连接部分92以允许第一试样端60a相对于第一连接部分92的旋转移动。第二试样端60b固定到测试装置90的第二连接部分94以允许第二试样端60b相对于第二连接部分94的旋转移动。
60.测试装置90包括构造成联合地向试样60施加力和/或力分布的第一致动器96a和第二致动器96b。致动器96a、96b可操作成在测试装置90的第一连接部分92与第二连接部分94之间施加压缩力和/或张力。第一连接部分92形成第一致动器96a的部分。第二连接部分94形成第二致动器96b的部分。致动器96a、96b沿平行于试样60的纵向轴线l的方向x在第一连接部分92与第二连接部分94之间施加力，其中方向x从纵向轴线l偏移一偏移距离d。由于偏移距离d，通过沿方向x施加力将力矩施予到试样。由于试样60的对称性，因此在图8c的测试装置90中的试样60经受的力矩在第一试样端60a与第二试样端60b之间的试样60的中部最大，并且朝向第一试样端60a和第二试样端60b减小。
61.为了图示的目的，夸大了偏移距离d。偏移距离可在5-30 mm的范围内，而第一试样50的长度可具有约0.5 m的长度。
62.图9示意性地示出了作为对称试样的示例性试样60，其中第一试样端60a由第一连接框架100连接到测试装置的第一连接部分92。类似地，第二试样端60b由第二连接框架102连接到测试装置的第二连接部分94。
63.图10示意性地示出了示例性连接框架100、102，诸如图9的连接框架100、102，还示出了测试装置的连接部分92、94。如图所示，连接框架100、102包括试样连接点104。试样连接点104设在距连接框架100、102的一侧有距离d1并且距连接框架100、102的相对侧有距离d2的位置处。距离d1可大于距离d2。因此，试样连接点104从框架100、102的中心偏移，即不与连接部分92、94的轴线同轴。由此，经由连接部分92、94施加的线性压缩或张紧在试样中施予弯矩。
64.还如图所示，连接部分92、94由铰链联接与连接框架100、102连接，从而允许连接部分92、94与连接框架100、102之间的旋转，例如在试样连接点104的偏移的平面内。由此避免弯矩转移到测试装置。
65.在所示实例中，负载示为张力。然而，应当理解，也可使用相同的原理施加压缩力。
66.已经参照优选实施例描述了本公开。然而，本发明的范围不限于所示实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下能够进行改型和变型。
67.贯穿整个描述，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“初级”、“二级”、“三级”等的使用并不暗示任何特定的顺序或重要性，而是仅为了识别单独的元件而被包括在内。此外，第一元件的标记并不暗示第二元件的存在，并且反之亦然。
68.参考列表2 风力涡轮机4 塔架6 机舱
8 毂10 叶片14 叶片尖部15 尖部端16 叶片根部17 根部端18 前缘20 后缘24 第一叶片壳部分（压力侧）26 第二叶片壳部分（吸入侧）28 结合线/胶合接头30 根部区域32 过渡区域34 翼型区域40 肩部42 螺栓插接件44 螺栓50、60 试样50a、60a 第一试样端50b、60b 第二试样端52、62 复合物材料52a、62a 第一复合物端52b、62b 第二复合物端54、64 初级长形构件54a、64a 第一初级构件端54b、64b 第二初级构件端56、66 第一接口区域68 二级长形构件68a 第一二级构件端68b 第二二级构件端69 第二接口区域70、80、90 测试装置72、82、92 第一连接部分74、84、94 第二连接部分76、86a、96a 第一致动器86b、96b 第二致动器88 梁88a 第一梁端88b 第二梁端
100 第一连接框架102 第二连接框架l 纵向轴线x 力方向a 角度d 偏移距离f1 第一力f2 第二力f3 力分布