风电叶片复合材料弯曲损伤破坏声发射监测

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1、试验研究风电叶片复合材料弯曲损伤破坏声发射监测周伟，马力辉，张洪波，卢庆华（河北大学质量技术监督学院，保定０７１００２）摘要：通过对含纤维断裂缺陷的风电叶片玻璃钢复合材料三点弯曲试验，研究风电叶片复合材料弯曲损伤破坏及其声发射响应特征。试验研究表明，复合材料三点弯曲试件载荷挠度曲线近似为直线，表面２０层纤维断裂缺陷导致复合材料强度急剧下降；含中间２０层纤维断裂缺陷试件与无缺陷试件相比，强度和刚度相差不大；纤维断裂缺陷使复合材料的破坏形式发生变化。声发射监测数据显示，风电叶片复合材料弯曲损伤破坏与声发射的幅度、能量、撞击、上升时间、持续时间和计数等参量特征相关。关键词：风

2、电叶片；复合材料；弯曲；声发射检测中图分类号：ＴＢ３３；ＴＧ１１５．２８文献标志码：Ａ文章编号：１０００６６５６（２０１１）１１００３３０５犃犮狅狌狊狋犻犮犈犿犻狊狊犻狅狀犕狅狀犻狋狅狉犻狀犵犳狅狉犠犻狀犱犜狌狉犫犻狀犲犅犾犪犱犲犆狅犿狆狅狊犻狋犲犕犪狋犲狉犻犪犾犝狀犱犲狉犅犲狀犱犻狀犵犇犪犿犪犵犲犉犪犻犾狌狉犲犆狅狀犱犻狋犻狅狀犣犎犗犝犠犲犻，犕犃犔犻犎狌犻，犣犎犃犖犌犎狅狀犵犅狅，犔犝犙犻狀犵犎狌犪（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＱｕａｌｉｔｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ０７１００２，Ｃｈｉｎａ）犃犫

3、狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｔｈｒｅｅｐｏｉｎｔｂｅｎｄｉｎｇｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｂｅｎｄｉｎｇｄａｍａｇｅａｎｄａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｆｉｂｅｒｆｒａｃｔｕｒｅｄｅｆｅｃｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｌｏａｄｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｐｅｃｉｍｅｎｗａｓｌｉｎｅａｒａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｏｍｐｏｓ

4、ｉｔｅｓｐｅｃｉｍｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｈａｒｐｌｙｂｙｔｈｅｆｉｂｅｒｆｒａｃｔｕｒｅｄｅｆｅｃｔｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅ２０ｐｌｉｅｓ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎｓｐｅｃｉｍｅｎｗｉｔｈｆｉｂｅｒｆｒａｃｔｕｒｅｄｅｆｅｃｔｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅ２０ｐｌｉｅｓａｎｄｓｐｅｃｉｍｅｎｆｒｅｅｏｆｄｅｆｅｃｔｓ，ａｆｅｗｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄ．Ｆｏｒｔｈｅｆｉｂｅｒｆｒａｃｔｕｒｅｄｅｆｅｃｔ，ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｃｈａｎｇ

5、ｅｄ．Ｉｔｗａｓａｌｓｏｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓａｍｐｌｉｔｕｄｅ，ｅｎｅｒｇｙ，ｉｍｐａｃｔ，ｒｉｓｅｔｉｍｅ，ｄｕｒａｔｉｏｎ，ｃｏｕｎｔａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｂｅｎｄｔｅｓｔｓｗｅｒｅｕｓｅｆｕｌｆｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｄａｍａｇｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｆａｉｌｕｒｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：Ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅ；Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；Ｂｅｎｄ；Ａｃｏｕｓｔｉｃｅｍｉｓｓｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇ我国风能产业发展迅速，预计

6、到２０２０年，中国在野外恶劣气候条件下，风电叶片要承受拉、压、弯、［１］风电装机将达１００ＧＷ。风电叶片作为风电机组扭等复杂工况载荷，从而引起叶片复合材料损伤的最重要的零部件，造价占整机的２０％以上，其良好产生、扩展与积累，最终导致风电叶片的失稳破［３－４］的设计、可靠的质量是决定风电机组性能优劣的关坏。为此，风电叶片复合材料的力学性能，尤其［２］键。玻璃钢复合材料以高比强度、比模量和良好是含缺陷复合材料的损伤破坏方面的研究，对确保的抗疲劳性能等优点，成为风电叶片最常用的材料。风电叶片长期可靠运行具有重要意义。声发射检测技术对动态缺陷敏感，在缺陷萌生收稿日期：２０１１０

7、１２８和扩展的过程中能实时发现，可有效检测复合材料基金项目：河北省自然科学基金资助项目（Ｅ２０１００００２９７）；河北结构整体质量水平，评价缺陷的实际危害程度。相大学引进人才资助项目（Ｙ２００８１２１、Ｙ２００９１４８）作者简介：周伟（１９８０－），男，博士，副教授，主要从事复合材关研究表明，通过记录声发射特征参数可以有效地料力学及无损检测方面的研究。判断复合材料各阶段的变形损伤机制，从而可以更２０１１年第３３卷第１１期３３周伟等：风电叶片复合材料弯曲损伤破坏声发射监测［５－８］全面、更深入地了解复合材料的损伤破坏过程。胶带