复合材料风力机叶片环境和力学疲劳

本文就中型单叶片风力机,讨论了复合材料风力机叶片的疲劳设计和分析了有关问题。确定了静态和疲劳荷载条件:也确定了湿热条件。依据的是如下的年统计分布:风速和气温,相对湿度,太阳幅射及大气压力的日变化。还考虑了冰雹产生的低能冲击影响。进行了有限元结构分析以计算沿叶片全长的应力及应变分布;确定了"热点",应力临界值以及疲劳谱,用于设计疲劳试验。对先经湿和干环境条件的复合材料试件作了初步试验,也对考虑了力学和湿热影响的低能冲击试件作了试验;最后对胶接和铆接复合材料接头进行了初步疲劳试验。     

二级载荷下复合材料层合板疲劳寿命预测

以玻璃／环氧复合材料层合板二级栽荷下的疲劳寿命试验数据为基础,结合非线性损伤累积理论,拟合出第二级载荷下的剩余寿命计算公式,并推广到三级以上多级栽荷的寿命计算。采用本文给出的寿命预测公式计算出第二级载荷下的剩余寿命,并与试验结果进行对比,证明了计算公式的有效性。进而利用剩余寿命计算公式分析了加载次序对疲劳寿命的影响。     

先进纤维增强复合材料疲劳寿命的预测

综述了纤维增强复合材料疲劳近年来的研究成果,对各种疲劳模的建立,参数含义特点进行了详细的阐述了分析,并展望了今后的发展趋势。     

橡胶复合材料疲劳损伤研究方法概述

介绍了撕裂能法、疲劳寿命曲线法和损伤力学方法在橡胶复合材料疲劳损伤研究中的应用。撕裂能法只能适用于特定的材料模型和载荷范围;采用疲劳寿命曲线法,只能通过获取大子样空间,运用概率统计的方法来处理,才能得到准确的疲劳特性和可靠寿命;研究层合的橡胶复合材料的疲劳损伤更具实际意义。     

橡胶构件疲劳寿命的研究方法概述

概述橡胶构件的疲劳寿命研究方法,主要分为裂纹成核法、裂纹扩展法和S －N曲线法。从疲劳角度对橡胶构件的寿命研究方法进行总结,给出各种研究方法的选择依据。应根据橡胶构件的使用条件和疲劳失效评价准则的不同选用合适的设计计算方法,以达到疲劳寿命预测相对准确且简化计算的目的。另外,还总结了近阶段有限元法在橡胶疲劳寿命分析上的应用和新进展。     

橡胶构件疲劳寿命的研究方法概述

概述橡胶构件的疲劳寿命研究方法,主要分为裂纹成核法、裂纹扩展法和S-N曲线法。从疲劳角度对橡胶构件的寿命研究方法进行总结,给出各种研究方法的选择依据。应根据橡胶构件的使用条件和疲劳失效评价准则的不同选用合适的设计计算方法,以达到疲劳寿命预测相对准确且简化计算的目的。另外,还总结了近阶段有限元法在橡胶疲劳寿命分析上的应用和新进展。     

复合材料气瓶的多轴疲劳寿命预测研究

采用等效应变法计算气瓶疲劳寿命的ASME压力容器规范,不能考虑多轴非比例加载效应,具有明显的不足。针对复合材料气瓶,采用修正的Brown-Miller算法研究其多轴低周疲劳寿命,并分析了自紧压力、金属内衬厚度和单层缠绕层厚度对复合材料气瓶疲劳寿命的影响,给出了提高复合材料气瓶疲劳寿命的方法。     

有拧紧力矩复合材料单钉接头疲劳寿命预测

通过对有拧紧力矩复合材料单钉接头疲劳加载过程应力分析及材料三维疲劳失效准则损伤判定,并结合建立的疲劳加载材料退化模型、材料性能退化方法及复合材料接头最终失效判据,建立了基于三维累积损伤分析的层合板接头疲劳载荷作用下寿命预测方法。最后,对拉-拉疲劳载荷作用下有拧紧力矩层合板接头的疲劳寿命及破坏模式进行了模拟分析,并与试验结果进行了对比,结果表明,建立的寿命预测方法能够很好地预测有拧紧力矩复合材料单钉接头的寿命以及破坏模式。     

风力机叶片及材料的判定

用于风力机设计和测试的IEC61400系列标准已在过去十几年中建立起来,现已被国际风力机行业认可。其中,该系列标准包括一个针对设计要求的通用标准IEC61400-1(2005),该设计要求涵盖载荷和安全以及IEC61400-23(2001)中风力机叶片结构型式试验的技术要求。新型风力机叶片的设计要求材料的判定和结构强度的型式试验。本文说明了按照这些IEC61400标准如何进行材料判定和型式试验。解释了针对极限强度设计所要求的拉伸和压缩详细的试样测试。疲劳试样测试应考虑平均应力在疲劳寿命期内的影响。在风力机叶片全尺寸疲劳试验中,20年的疲劳载荷谱被转化成一个典型的恒幅等效朝两个方向的疲劳试验,其整个持续时间约4个月。在确定试验载荷时还讨论了几个需要考虑的问题。目前IEC61400系列标准中设计和试验的一套方法是基于钢结构设计的一套方法。但是,现在及可预见的未来,现代风力机叶片几乎只使用复合材料。当IEC61400标准形成复合材料先进风力机叶片设计的基础时,为了进一步发展IEC61400标准,本文应对其中的一些挑战。这些挑战包括一些改进的技术要求,如怎样把温度作用和力学载荷结合起来,在控制制造缺陷和瑕疵中寻求更合理的方法。     

纤维增强材料风机叶片发展概述

本文简述了国内外风力发电以及纤维增强材料风机叶片技术的发展现状,对风机叶片技术在所选材料、结构及气动设计和成型工艺等方面的发展情况进行了概述,并对风机叶片日后的发展趋势进行了分析.     

大型风电叶片后缘最大弦长区域稳定性研究

复合材料风电叶片最大弦长区域后缘通常为板壳结构,在风载作用下发生较大变形,是叶片较频繁出现损坏的区域。采用有限元的特征值屈曲分析方法,分析了蒙皮设计、加筋和安装第三个腹板这几种不同的结构设计形式对屈曲因子及叶片重量(成本)的影响。比较了不同设计下叶片重量与屈曲因子之间的关系,从而找到稳定性最好且成本最优的设计方案。研究结果表明,叶片要达到相同的屈曲因子时,安装第三个腹板是叶片增重最小、成本最优的设计方案。     

风机叶片固有频率的一种传递函数解法

将叶片视为变截面悬梁,离散成任意段,每一段满足各向异性双向弯扭耦合振动微分方程,其解表作为两端节点10个自由度的函数,相邻段在同一截面内的节点位移由连续性条件联系,由此建立起求解叶片双向弯曲与扭转响应的传递函数,然后根据边界条件,得到一组仅含10个未知数的齐次方程,其非零解即是叶片各阶固有频率。相对有限元等其他数值方法,这种传递函数的解变量少,算法设计容易,求解速度快,精度高。基于该算法对一种大型叶片叶根段结构铺层优化后的频率特性进行了分析,结果显示,新设计方案不仅叶片重量显著降低,而且叶片刚度和频率特性完全满足使用要求。     

风电叶片用胶粘剂剪切疲劳性能和蠕变性能分析

简述了胶粘剂在风电叶片中的重要性,风电叶片大多采用环氧胶粘剂。从叶片的设计需求角度,对比测试了国产胶粘剂和进口胶粘剂的玻璃化转变温度、剪切疲劳和蠕变性能,并对两种胶粘剂的粘接断面进行形貌扫描,简单分析得出:进口胶粘剂的粘接断面是比较典型的韧性断裂,国产胶粘剂的粘接断面呈现韧性和脆性结合体;提高胶粘剂的韧性,并不断改良增韧体系和环氧树脂基体的相容性是国产胶粘剂亟待解决的问题。     

大型风机叶片复合材料的三维拓扑优化设计

为实现大型风机叶片的轻量化,对纤维增强风机叶片复合材料进行三维拓扑优化设计。首先,基于均匀化理论,将碳纤维增强风机叶片复合材料等效为等效均质体,预测其宏观等效力学性能;然后,以单元相对密度为设计变量、实体材料总体积分数为约束条件、等效宏观弹性矩阵主对角线分量或分量的加权组合为目标函数建立优化模型。采用固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)建立设计变量和宏观弹性模量之间的关系,采用灵敏度过滤技术和优化准则法控制材料的分布。在MATLAB平台上编写了相应程序,对大型风机叶片复合材料进行三维拓扑优化,计算得出不同优化目标下的三维最优结构。数值结果表明了该优化模型的正确性和有效性,为实现风机叶片结构轻质高强设计提供了一种参考。     

风机叶片用单向碳纤维预浸料性能研究

为了提高风机功率,叶片的长度不断增加,因此碳纤维在风机叶片中的应用成为了必然趋势。本文研究了三种单向碳纤维预浸料的拉伸、弯曲、压缩以及纵横剪切性能,通过性能测试和断口微观观察分析发现,三种碳纤维/环氧树脂预浸料的纤维和树脂在性能上存在一定的差异,为合理选用风机叶片材料提供了一定的实验基础。     

1.5MW风机叶片模具加热工艺研究与技术创新

在大型风力机复合材料叶片的生产过程中,模具起着至关重要的作用.为了满足风力机复合材料叶片生产的关键工艺要求,采用新型的复合材料叶片模具作为核心工艺装备成为必备条件.通过对复合材料叶片模具的制作工艺研究和技术创新,使得新型模具完全满足了大型风机复合材料叶片生产的所有工艺需求.其中,模具的加热方式采用水(油)加热或电加热,要求所产生的热量可以均匀地传递到模具复合材料型面上,并达到产品叶片固化所需的温度.     

大尺寸海上风电叶片根部灌注工艺研究

真空导入模塑工艺(VIMP)是生产大厚度、大尺寸海上风电叶片的关键技术。针对6MW级海上风电叶片叶根基圆尺寸为4000mm、灌注困难的特点,制定导流辅材铺放工艺,设定工艺过程参数,从而提高产品浸润效果,控制树脂含胶量,取得良好效果。     

大型风力机叶片腹板根部形状研究

叶片腹板根部形状不同,造成腹板应力分布也不同,特别是对于薄弱部位还可能因为应力叠加引发叶片破坏.本文主要研究不同腹板根部形状对腹板根部危险区域应力分布的影响,并将腹板根部切除形状的比例系数定义为C型结构形状因子F,然后对C型结构形状因子分为三种情况进行讨论,结合有限元分析结果和现场的挂机结果,确定腹板根部的最优形状.     

纤维增强复合材料风力发电机叶片性能检测综述

介绍了复合材料风力发电机叶片的特点、检测项目及相关技术标准、检测机构和检测能力.重点论述了复合材料风力发电机叶片材料性能试验和全尺寸试验情况,其中全尺寸试验主要包括静态试验、固有特性试验、疲劳试验、超声波检查试验、红外成像分析试验、声学检查试验、雷击试验等,对试验目的、原理及其研究状态进行了阐述.展望了本领域的技术发展趋势,对于复合材料风力发电机叶片的质量控制和性能可靠性有一定的参考价值.