高模玻纤单向布在风电叶片上的应用

本文对某兆瓦级叶片进行结构分析,对比了使用E玻纤单向布和高模玻纤单向布对叶片重量、刚度、频率和正应力安全系数的影响。结果表明,在保证叶片刚度基本不变的前提下,使用高模玻纤单向布可以使叶片大梁显著减重,提高安全性。     

高模玻纤单向织物在风电叶片主梁帽中的应用对比

对四种高模玻纤分别进行了浸胶纱的拉伸性能、层合板的单层厚度及0°拉伸性能的研究,并对四种高模玻纤对工字梁刚度的影响进行了模型分析。四种高模玻纤具有相近的原纱拉伸模量,层合板在等纤维体积含量下具有相近的0°拉伸模量,但是在真空导入成型工艺中,由于单层厚度的差异导致纤维体积分数不同,从而具有不同的0°拉伸模量。在应用于同样铺层的工字梁时,单层厚度为0.78mm的高模玻纤层合板对应的工字梁刚度比单层厚度为0.83mm的高模玻纤层合板增加约6%。     

VARTM工艺铺层取向对复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制作了玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料层合板,对其进行了拉伸、弯曲、冲击性能测试,并对铺层取向与玻璃纤维复合材料层合板力学性能的影响关系进行了实验研究。实验结果表明,0°取向玻纤增强复合材料在单一方向上的力学性能最佳,±θ取向比θ取向玻纤增强复合材料有更好的力学性能;θ单向铺层复合材料在外载荷作用下发生破坏,其断口破坏的角度与铺层角度一致,而在±θ多向铺层复合材料的断口形貌更复杂。通过合理的铺层设计可获得满足工程需要的复合材料制品。     

浅谈碳纤维预浸料中铺放纤维非织造网布的适用性

选取了两种纤维非织造网布,分别在进口单向碳纤维预浸料和国产单向碳纤维预浸料层与层之间进行铺放,采用预浸料成型工艺制备不同性能的层合板,并通过测试层合板试样的力学性能和孔隙率,表明纤维非织造网布在碳纤维预浸料成型技术中的适用性。对比测试数据结果发现:纤维非织造网布经向纤维纤度、纬向纤维纤度、面密度选材合适时,在碳纤维预浸料层合板中表现出了优异的适用性;纤维非织造网布经向纤维纤度及纬向纤维纤度较小、面密度选择较大时,在碳纤维预浸料层合板中虽然也表现出良好的工艺适用性,但是碳纤维预浸料层合板的力学性能会降低,孔隙率会偏大。     

喷胶对复合材料风电叶片剪切性能的影响

研究喷胶对复合材料叶片剪切性能的影响。模拟不同类型玻纤布在模具上铺设时进行喷胶固定的过程,采用真空灌注工艺(VIP)制作复合材料样板,使用锻烧法测试不同样板中玻纤的体积含量,从理论上分析了纤维含量与复合材料面内剪切强度的关系,以及利用万能试验机对复合材料样条进行层间剪切性能破坏测试。结果表明,使用喷胶后,单向布复合材料的纤维含量基本没变化,三轴向布复合材料玻纤含量下降了6.9%,单向布复合材料的层间剪切性能下降了61.4%,三轴布复合材料的层间剪切性能下降了18.8%,因此,喷胶禁止在以单向布为主的复合材料铺层里使用,在铺设三轴布复合材料时可以适量使用。     

风电叶片用环氧树脂力学行为研究

本文通过固化物的力学性能优选树脂、稀释剂种类,优化配比,确定配方,与玻璃纤维结合进行层合板性能测试。该体系各项性能指标优良,达到风电叶片真空灌注树脂要求。     

几种大型风力发电叶片用环氧树脂复合材料的对比分析

将风电叶片用真空灌注型环氧树脂体系MERICAN 3311A/B与同类两款产品进行了对比分析,研究了三种树脂体系对玻纤的浸润性;采用真空导入成型技术制备了复合材料板,并对复合材料的力学性能进行了研究。结果表明,MERICAN3311A/B粘度低、浸润性良好、FRP力学性能高,与纤维的匹配性良好,达到甚至某些方面已超越国内外同类进口产品的水平,能够满足风电叶片对树脂的性能要求。     

芳纶纤维复合材料低速冲击响应实验研究

芳纶纤维因具有轻质高强、良好耐疲劳性和化学稳定性等优良性能,逐渐成为重要的国防军工材料。选用芳纶单向布和平纹织物设计并制备了不同结构参数的芳纶纤维复合材料层合板,采用落锤冲击试验仪在不同的冲击能量下进行低速冲击实验,根据最大接触力、能量吸收能力和凹陷深度评估层板的抗冲击性能。结果表明,[0/45/-45/90]s单向层合板的接触载荷峰值高于[0/90]s单向层合板和平纹织物层合板,并在高能量冲击下具有优异的能量吸收能力,其损伤区域最小。破坏形貌表明,单向复合材料层合板损伤以分层为主,而平纹织物复合材料层合板以整体塑性大变形为主,这为芳纶纤维复合材料的优化设计及防护应用提供一定的理论指导。     

叶片主梁弯扭耦合设计研究

风机叶片正向超大型化、轻质化和高性能化方向发展.高效率的风电机组必然要求高性能的风轮叶片,气弹剪裁则是获得高性能叶片的一种有效方法,而弯扭耦合是实现气弹剪裁的一种途径.本文通过研究弯扭耦合的控制参数,建立了弯扭耦合的理论估算公式,并对现有750kw叶片主梁重新进行弯扭耦合设计.研究结果表明,碳纤维取代玻纤单向布对主梁的重新设计,将大大提高叶片的整体性能.     

风电叶片用真空灌注树脂体系的研究

本文研制了一种风电叶片用真空灌注环氧树脂体系。分别使用旋转粘度计、万能材料力学试验机、差示扫描量热仪对环氧树脂体系及其固化物的工艺性能、力学性能、热性能等进行了表征。通过叶片灌注模拟及层合板性能检测对该环氧树脂体系与玻璃纤维的匹配性进行了表征。结果表明,该环氧树脂体系具有粘度低、工艺操作性好、力学性能及热性能优异、纤维匹配性好等优点,可用于风力发电叶片的制备。     

风电叶片用真空导入型聚氨酯的性能分析

系统分析了以降低风电叶片成本为目标开发的真空导入型聚氨酯树脂,分别进行了粘度特性、工艺窗口、固化特性和力学性能的分析。分析表明该树脂体系与常用环氧树脂体系相比具有初始粘度低、进胶速率大、韧性高和粘接性能好等优点,表现为灌注时间的缩短、层合板抗压缩性能和横向性能的提高。将这一树脂体系应用于风电叶片主承力结构的制造,通过提高纤维体积含量,可进一步降低叶片的生产成本。     

碳玻混编单向复合材料的性能分析

采用碳纤维质量含量分别为7.4%、10.7%、13.8%的三种碳玻层间混编单向织物制备了纤维增强环氧树脂复合材料,分析了该类材料的力学性能与工艺性能。结果表明:碳玻层间混编复合材料的0°拉伸模量和0°压缩模量均随碳纤维含量的提高而升高,掺入碳纤维后碳玻混杂复合材料的0°拉伸强度比纯玻纤复合材料的有所降低,但随碳纤维含量的增加而升高,碳玻层间混编复合材料的0°压缩强度则没有明显的变化规律;掺入碳纤维后,碳玻层间混编复合材料的90°拉伸强度和模量均有所下降;低碳纤维含量的碳玻层间混编单向织物具有良好的Z向渗透性能。该类新材料未来有望在风电叶片结构减重和成本优化上发挥重要作用。     

风电叶片用单向复合材料厚度变化研究与分析

风电叶片主梁帽通常采用单向经编织物,通过真空导入成型复合材料。由于真空导入工艺的特点以及织物参数的影响,都会对叶片设计带来一定的困难。选用国内外四种常用单行玻纤织物,研究了复合材料成型工艺和织物参数对复合材料厚度的影响。研究发现单向复合材料厚度与层数存在线性关系,而工艺参数对厚度影响不明显,织物参数对复合材料厚度有明显的影响。研究将为风电叶片设计提供一定支持,并为玻纤企业生产工艺参数调整提供了一定的借鉴意义。     

非线性本构关系的确立及其工程设计应用

通过调研论证和实验研究，确立了适合我国玻纤复合材料工程设计的非线性本构方程。重点研究修正了Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ和Ｊｏｎｅｓ－Ｎｅｌｓｏｎ两个非线性本构模型。改进了Ｊｏｎｅｓ－Ｎｅｌｓｏｎ模型的参数确定方法；并采用应力叠加原理对该模型进行了合理有效的扩充。提出了双轴硬化系数的概念并加以表达式定量，研究表明，玻纤复合材料只存在双轴硬化现象。完成了玻纤复合树科层合板在复杂载荷下直到ＦＰＦ（第一层破坏）发生时的非线性响应和刚度分析的全过程。单向偏轴拉伸实验，单向板和层合板的平面双轴实验证明，所确立的非线性本构关系是可行的，所提出的工程计算方法是精确实用的。     

针刺炭/炭复合材料层合板低速冲击损伤仿真

为分析针刺作用对炭/炭复合材料力学性能的影响,通过对针刺炭/炭复合材料层合板进行整体结构分析,建立相应的宏观有限元模型。针对炭布层和网胎层分别引入适当的损伤判据,通过有限元软件ABAQUS/Explicit实现了针刺炭/炭复合材料层合板的低速冲击过程的模拟。结果表明,炭布的损伤主要沿着纤维方向进行扩展,与实验研究结果较为吻合;层合板在多种动能冲击下没有发生分层,表明针刺作用增强了复合材料的层间性能。     

铺层结构对树脂基复合材料层间剪切强度影响的研究

主要目的在于利用双切口剪切强度试验法验证手糊成型的玻璃钢层合板铺层顺序以及单向布的相对体积含量对层间剪切强度的影响。实验中六种玻璃钢层合板的铺层方式分别为(UF)_5、(UF,CSM,UF,CSM,UF)、(CSM,UF,CSM,UF,CSM)、(UF,CSM,CSM,CSM,UF)、(CSM,UF,UF,CSM,CSM)、(CSM)_5。单向布相对体积含量依次为100%、60%、40%、40%、40%、0%。通过实验结论发现,单向布相对体积含量对层合板层间剪切强度影响较大,其中铺层方式为(UF)5的层合板通过双切口法得到的层间剪切强度高达40.768 MPa,而铺层方式为(CSM)_5的层合板在双切口法中所测得的层间剪切强度却只有15.867 MPa。相对而言,铺层顺序对层合板的层间剪切强度影响相对较小。同时利用数理统计方法"秩和检验法"对大量实验数据进行了离散性分析,结果表明,在同一种铺层方式下,尽管因为不同失效形式导致数据具有较大的离散性,但这些数据仍然可以作为一个整体进行分析。     

连续毡对风电叶片界面性能的影响分析

依据风电叶片主梁界面形成过程,采用真空辅助树脂灌注工艺制备层合板,选用层合板T剥离测试方法测试复合材料的界面性能。根据T剥离测试方法得到:真空辅助树脂灌注成型技术中,脱模布形成的界面上铺放连续毡,能够提高复合材料界面结合性能。最后,通过试样失效模式及显微结构分析得到与T剥离测试结果一致的结论,为连续毡在复合材料界面应用提供了参考。     

C/G混杂复合材料层合板中分散程度的表征方法研究

对C/G混杂复合材料层合板进行了分类,对层间混杂方式分散度的定量和定性表征方法做了总结和分析。提出了一种同时适用于表征层间和单向层内混杂复合材料层合板分散程度的表征方法。既解决了单纯以混杂比描述混杂复合材料各增强组分与力学性能关系的不足,又可以同时适用于层间和单向层内混杂复合材料分散程度的表征。     

形形色色的玻纤针织产品

近年来,国外的玻璃纤维针织产品(或称缝编产品)日益增多,形成了一个大类,跻身于世界玻纤产品之林,现简介如下:1.针织无捻粗纱布(1)单向粗纱布:将平行排列的无捻粗纱用细的纱线(如聚酯纱线)缝编成形.在经向具有特别高的强度,用以制作槽罐、杆材等需要单向强度的制品.(2)双向粗纱布:由两层无捻粗纱经别的纱线缝编成形,每层由单向平行排列的无捻粗纱构成.各层角度(轴向)可分别为0°、90°或±45°.这种布适用于手糊法、拉挤法、RTM法或制造层合板等.     

层合板切口强度和切口敏感性的试验研究

提出了在复合材料板中人工预制尖锐切口的方法。进行了切口呼无切口试样在载荷方向垂直于和平行于纤维面的三点弯曲破坏试验。测定了玻纤／环氧层合板的切口强发口敏感度。探讨了玻纤／环氧层合板的线弹性断裂力学的适用性，借助复合材料的ＷＥＫ断裂模型估计层合板在尖切口前沿的损伤区尺寸。预测了切口强度。结果表明：对于玻纤／环氧层合板，若根据平面应变和小范围屈服的力不条件选择试样尺寸，则其三点弯曲的断裂应力、等效尖