复合材料柱壳胶接头扭转声发射行为.pdf

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1、2015年第5期玻璃钢／复合材料33金属／复合材料柱壳胶接头扭转声发射行为庞艳荣，刘然，周伟，龚婧(河北大学质量技术监督学院，河北保定071002)摘要：采用声发射技术对扭转加载作用下金属／玻璃纤维复合材料柱壳试件的破坏损伤全过程进行实时监测，通过实验方法与数值分析共同研究螺栓以及壳体尺寸对柱壳试件胶接接头损伤破坏的扭转特性及其声发射响应特征的影响。结果表明。柱壳试件的扭转加载曲线基本表现为线性，主要的失效模式为内聚破坏且伴随着纤维断裂和基体开裂。增大螺栓直径，能有效增强金属／玻璃纤维复合材料柱壳的抗扭性能。柱壳试件的损伤

2、破坏与其声发射信号的相关参数相对应，较大螺栓直径的柱壳试件损伤破坏对应着较高的声发射幅度、相对能量、持续时间和较多的撞击累计数。因此，可将声发射信号的动态变化特征作为风电叶片叶根结构安全评估的重要依据。关键词：风电叶片；柱壳；扭转；声发射中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003-0999(2015)05-0033—05随着世界能源危机的El益严重，风能作为一种等通过对声发射信号参数的分析，确定了损伤机清洁的可再生能源已成为能源领域发展最快的高新制和区域。此外，Zarouchas和vanHemelrijckl1

3、基技术之一。风电叶片是风力发电机组的重要部件之于声发射和数字相关技术区分了胶接结构不同的损一直接影响着整个发电机组的性能⋯。玻璃钢由，伤模式。由此可见，利用声发射技术能够有效监测于其较高的比强度和比模量，以及抗疲劳性能好等胶接结构的破坏过程，为其损伤机制的研究提供分优点，成为风电叶片的常用材料。其中叶片根析依据。部结构将叶片与轮毂连接为一体，已经成为叶片设笔者通过模拟风电叶片叶根连接结构，对金属／计中最关键的部分，大型风电叶片常见的叶根连接玻璃纤维复合材料柱壳结构施加扭转加载，并采用方式是T螺栓连接和螺栓套筒预埋连接J。叶

4、根结声发射技术进行全过程实时监测，揭示了不同直径构承受的载荷最大，且应力状态复杂，所以要求其必的螺栓对金属／玻璃纤维复合材料柱壳胶接接头损须具有足够的强度和弯扭刚度。因此，叶根结构伤演化破坏规律及其声发射响应特征的影响，为风的研究对确保风电叶片安全运行具有重大意义。电叶片叶根结构的安全性评估和健康监测提供重要近年来，国内外学者对胶接结构进行了相关的的参考依据。理论实验研究和有限元分析J。郭霞等¨刮对复合材料单搭接接头的单轴向拉伸实验进行了有限元1实验部分数值模拟，分析了搭接长度对接头的应力分布和损1．1材料与制备伤破坏模式

5、的影响。Hosseinzadeh等基于实验和柱体材料采用42CrMoA钢，壳体材料为玻璃纤有限元分析，研究了不同胶接长度钢管接头的扭转维单轴向布(ECW600—1270，600g／in)和玻璃纤维双特性，利用有限元模型预测了胶接结构的承载能力。轴向布(E—DB800—1270(~45。)，8oog／m)，实验所用然而，针对金属和玻璃钢胶接结构损伤破坏过程的的环氧树脂(AralditeLY1564SP)与固化剂(Aradur研究涉及较少。3486)的质量比控制为100：34。声发射技术是一种能够有效反映材料和结构动将裁剪好的

6、单向和多向纤维布依次缠绕在金属态损伤过程的检测技术。胡绍海等刘利用声发螺栓上，室温固化24h，干燥箱内8Occ固化12h后，射技术检测和评估金属胶接结构的强度。Matta得到长度为20mm、厚度为7mm的壳体试件。对壳收稿日期：2014．12．09基金项目：河北省自然科学基金(E2012201084)；国家级大学生创新创业训练计划(2014100750004)作者简介：庞艳荣(1963一)，女，硕士，副教授，主要从事声学、电信号分析研究。通讯作者：周伟(1980一)，男，博士，副教授，主要从事复合材料实验力学及声学无损检测

7、研究，zhouweihy@126．tom。62015年第5期玻璃钢／复合材料352．2扭转声发射特征声发射能量、幅度、撞击累计数、持续时间等相关参数反映了加载过程中声发射活动的特征，整个加载过程被分为加载初期和破坏阶段。声发射参数童基可用来描述柱壳试件胶接接头的破坏损伤行为。《图4所示为柱壳试件扭转加载中声发射相对能lJ量．扭转角历程。从图4(a)中可以看出，螺栓直径246Torsionangle／。为8mm的试件在扭转加载的初期由于胶层损伤较少，声发射相对能量一直处于较低的水平，随着扭矩的增大，损伤不断积累，声发射事件逐

8、渐增多，相对图4柱壳试件声发射相对能量一扭转角历程Fig．4AErelativeenergy-torsionanglecurve能量持续增长，直至胶接接头被完全破坏，此时，对ofcylinder—shellspecimen应的声发射相对能量最高，数值约为10400。从图4图5为柱壳试件扭转加载中声发射撞