# 垂直轴风轮(VAWT)载荷数据处理系统 适配 **QBlade 仿真输出大文件**，支持 **EOG 极端阵风分析** + **疲劳载荷分析**，多叶片解耦与合成。 ## 功能特性 - **大文件低内存处理**：分块惰性读取，GB级文件不OOM - **QBlade格式自动解析**：2行注释头 + 1526列 + 科学计数法 + 制表符分隔 - **多叶片解耦分析**：单叶片独立极值/疲劳计算，最不利叶片筛查 - **整轮耦合合成**：多叶片矢量合成、不平衡度、倾覆弯矩、旋转脉动 - **面板级分布载荷**：20面板展向载荷云图、最危险面板定位 - **EOG智能切片**：风速变化率自动检测阵风段 - **分块雨流计数**：超长时序疲劳分析无精度损失 - **Miner损伤+DEL**：S-N曲线参数可配置，支持Goodman修正 ## 快速开始 ### 1. 安装依赖 ```bash pip install -r requirements.txt ``` ### 2. 图形界面（推荐） ```bash # 一键启动（Windows，自动检查/安装依赖） 双击 start.bat # 或手动启动 Web GUI（浏览器中操作，无需Tkinter，推荐） python web_gui.py # 自动打开浏览器 http://127.0.0.1:8080 # 桌面GUI（Tkinter，需Python自带Tcl/Tk） python gui.py ``` Web GUI功能：文件预览、分析模式选择、参数配置、实时进度、EOG/疲劳/合成/时序4个标签页、ECharts交互式图表、**载荷数据导出（Excel/CSV/TXT）**、**分析结果报告导出（PDF/Word）**。 分析完成后，Web GUI 会显示数据质量与坐标校验摘要，包括时间步长、NaN/Inf、 风速通道、全局力/力矩通道、推力符号相关性和叶片方位角跳变。符号相关性只是 自动提示，最终正负号仍需根据风轮坐标系定义确认。 > Windows 启动时如果出现 `OpenBLAS error: Memory allocation still failed`， > 优先使用 `start.bat` 启动；程序默认将 BLAS/OpenMP 线程限制为 1，避免科学计算库初始化时申请过多线程内存。 > 也可以在 PowerShell 中先执行 `$env:OPENBLAS_NUM_THREADS="1"; $env:OMP_NUM_THREADS="1"; $env:MKL_NUM_THREADS="1"`， > 再运行 `python .\web_gui.py`。如确实需要提高并发，可先设置 `$env:VAWT_BLAS_THREADS="2"`；如果仍失败，请检查当前环境的 NumPy/Pandas/Matplotlib 是否安装在同一个 Python 中。 ### 3. 打包迁移到其他电脑 ```bash # 1. 将整个 VAWT_Load_Processing 文件夹拷贝到目标电脑 # 2. 目标电脑安装 Python 3.10+（安装时勾选 Add Python to PATH） # 3. 安装依赖： pip install -r requirements.txt # 4. 启动： python web_gui.py # 或直接双击 start.bat（自动完成步骤3-4） ``` ### 3. 命令行运行 ```bash # 完整分析（EOG + 疲劳） python main.py --input ../load_data_sample.txt --mode both # 仅EOG极值分析（不加载面板级数据，省内存） python main.py --input ../load_data_sample.txt --mode eog --no-panel # 仅疲劳分析（大文件分块模式） python main.py --input ../load_data_sample.txt --mode fatigue --chunked ``` ### 4. 命令行参数 | 参数 | 说明 | 默认值 | |------|------|--------| | `--input/-i` | QBlade载荷文件路径（必填） | - | | `--mode/-m` | 分析模式: eog/fatigue/both | both | | `--no-panel` | 不加载面板级分布载荷（1526列→约70列） | False | | `--chunked` | 分块模式（>100MB文件推荐） | False | | `--chunksize` | 分块行数 | 10000 | | `--output/-o` | 输出目录 | ./output | | `--log-level` | 日志级别 | INFO | ## 项目结构 ``` VAWT_Load_Processing/ ├── config.py # 全局配置（叶片数、通道、S-N曲线、滤波参数等） ├── bigfile_io.py # 大文件IO：QBlade解析、分块读取、通道映射、工况切片 ├── preprocess.py # 预处理：缺失值、异常值、低通滤波、瞬态峰值保护 ├── eog_analysis.py # EOG分析：单叶片极值、整轮载荷、不平衡度、最不利叶片 ├── fatigue_analysis.py # 疲劳分析：雨流计数、Miner损伤、DEL、分块累积 ├── blade_synthesis.py # 叶片合成：矢量合成、倾覆弯矩、旋转脉动、展向积分 ├── visualize.py # 可视化：时序图、对比柱状图、载荷谱、云图 ├── utils.py # 工具函数：统计、内存监控、数据导出 ├── main.py # 主入口（命令行） ├── gui.py # 桌面GUI（Tkinter） ├── web_gui.py # Web GUI（http.server + ECharts，推荐） ├── check_thrust_torque.py # 推力/扭矩专项分析脚本 ├── requirements.txt # Python依赖 ├── README.md # 本文件 └── output/ # 输出目录 ├── blade_single/ # 单叶片独立结果 ├── wheel_total/ # 整轮合成结果 ├── compare/ # 多叶片对比报表 └── figures/ # 可视化图表 ``` ## 适配的QBlade数据格式 ``` 行0: Results Output File created with QBlade on 31.08.2026 at 09:10:56 (注释) 行1: EOG: zhognneng20 Turb (工况标识) 行2: Time_[s] Timestep_[s] Azimuthal_Position_Blade_1_[deg] ... (表头, 制表符分隔) 行3+: 0.00000E+00 8.33333E-03 2.69995E+02 ... (数据, 科学计数法) ``` - 总列数：1526列（含3叶片×20面板的气动/载荷分布） - 关键载荷通道： - `Total_Tangential_Load_Blade_N_[N]`：叶片总切向载荷 - `Total_Normal_Load_Blade_N_[N]`：叶片总法向载荷 - `Normal_Force_Blade_N_PAN_M_[N/m]`：面板法向力分布 - `Tangential_Force_Blade_N_PAN_M_[N/m]`：面板切向力分布 - `Pitching_Moment_Blade_N_PAN_M_[Nm/m]`：面板俯仰力矩分布 - `Momentary_Thrust/Moment_in_X/Y/Z_g_Direction`：整机力/力矩 ## 配置说明 所有参数集中在 `config.py`，关键配置： ### 叶片配置 ```python BladeConfig.num_blades = None # None=自动检测 BladeConfig.num_panels = 20 # 每叶片面板数 ``` ### 大文件读取 ```python BigFileConfig.chunksize = 10000 # 每块行数 BigFileConfig.memory_limit_mb = 512 # 内存上限 ``` ### 疲劳S-N曲线 ```python FatigueConfig.sn_m = 3.0 # S-N斜率倒数 FatigueConfig.sn_log_a = 12.0 # S-N截距(log10) FatigueConfig.design_life_sec = 630720000 # 20年 ``` ### 预处理 ```python PreprocessConfig.filter_cutoff_hz = 5.0 # 低通滤波截止频率 PreprocessConfig.preserve_transient_peaks = True # EOG峰值保护 ``` ### IEC DLC 批处理 批处理支持从文件名自动识别 `EOG/NTM/EWS/ECD/EWM/NWP/STEADY/TURB` 等工况类型，并按 `config.batch.dlc_map` 映射到默认 DLC 编号。使用清单文件时， 可提供以下字段： ```csv file,condition_type,dlc,label,weight,extreme run_eog.txt,EOG,1.3,EOG设计工况,1,true run_ntm.txt,NTM,1.2,NTM运行工况,2,false ``` 批处理结果包含叶片、塔顶和全局载荷的跨工况极限/疲劳包络，同时保留每个 DLC 的来源工况、发生时刻、权重和失败原因。 ### 方位角载荷分析 单文件分析完成后，Web GUI 的“方位角分析”页会对每个叶片的法向、切向和合成 载荷按 `0–360°` 默认分为 36 箱，输出每箱的样本数、均值、标准差、最小值和 最大值；同时使用一阶谐波拟合给出均值、周期幅值和相位角，并计算各叶片相对 于第一片叶片的相位差。相位结果依赖输入的方位角零点和旋转方向定义，不能替代 坐标系校核。 ## 输出说明 ### Excel报表 - `EOG_极值分析结果.xlsx`：叶片极值汇总、整机载荷、各叶片详细统计 - `疲劳分析结果.xlsx`：叶片疲劳汇总、各通道载荷谱、面板疲劳排名 - `叶片合成结果.xlsx`：合成载荷时序、不平衡度统计、旋转脉动分析 ### 可视化图表（output/figures/） - `all_blades_total_normal_timeseries.png`：多叶片法向载荷对比 - `eog_combined_peak_value_comparison.png`：EOG极值对比 - `fatigue_combined_load_damage_comparison.png`：疲劳损伤对比 - `Blade_N_normal_force_heatmap.png`：面板载荷展向-时间云图 - `wheel_synthesis_timeseries.png`：整轮合成载荷时序 ## 扩展开发 ### 添加新的载荷通道 在 `config.py` 的 `BladeConfig` 中添加列名模式，`ChannelMapper` 会自动匹配。 ### 自定义疲劳S-N曲线 修改 `FatigueConfig.sn_m` 和 `sn_log_a`，或在 `fatigue_analysis.py` 的 `miner_damage()` 中传入自定义参数。 ### 新增分析模块 1. 在项目目录新建 `.py` 文件 2. 在 `main.py` 的 `run_pipeline()` 中添加调用步骤 3. 在 `export_results()` 中添加结果导出 ## 注意事项 1. **内存优化**：1526列全量加载约需1-2GB内存，建议加 `--no-panel` 只加载总载荷 2. **分块模式**：>100MB文件建议加 `--chunked`，疲劳分析支持分块无精度损失；Web GUI 默认不加载面板级数据以降低内存占用 3. **EOG检测**：基于风速变化率，若仿真为稳态EOG（风速阶跃），可能检测不到明显阵风段，此时使用全量极值 4. **采样率**：自动从时间列计算，QBlade典型为120Hz（dt=8.33ms） 5. **叶片数**：自动从列名检测 `Blade_N`，支持任意叶片数 # VAWT_Load_Processing