复合材料风电叶片细观失效准则及其损伤演化.pdf

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1、第50卷第11期机械工程学报V01．5ONO．1l2014年6月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJun．2014DoI：10．3901／JME．2014．11．017复合材料风电叶片细观失效准则及其损伤演化水朱小军陈雪峰翟智田绍华何正嘉r西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049)摘要：针对复合材料风电叶片在实际使用过程常常出现损伤的问题，提出一种基于细观失效准则的复合材料细观损伤分析模型。采用通用单胞模型(Generalizedmethodofcells，GMC)对具有周期性的单向复合材料层合板进行细观建

2、模，并且引入基于Huang模型的细观失效准则和刚度退化准则，从细观层面上分别对纤维和基体的失效模式进行表征，对4种单向复合材料层合板的渐进损伤过程进行数值模拟。在试验验证过程中，先对两种不同状态(含损伤和无损伤)的复合材料风电叶片进行了静力加载试验，采用光纤光栅传感器监测损伤对风电叶片应变的影响；然后通过典型的单向层合板的拉伸破坏试验得到的应变曲线来验证本算法的有效性。结果表明：当复合材料风电叶片中存在损伤时，将降低其承载能力，并且应变值变化明显，可以通过应变来监测叶片的健康状态；提出的模型能够通过得到的应变曲线准确地预测单向复合材料层合板的力学性能

3、和破坏强度值。关键词：风电叶片；复合材料；通用单胞模型；损伤准则；应变；光纤光栅传感器中图分类号：TH12MicroscopicFailureCriterionandDamageEvolutionofCompositeMaterialWindTurbineBladesZHUXiaojunCHENXuefengzHAIZhiTIANShaohuaHEZhengjia(StateKeyLaboratoryforManufacturingSystem，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049)Abstract：Forthepr

4、oblemthatcompositeswindturbinebladesalwaysOCCUlTCdamage，amodel，whichisacompositemicroscopicdamageanalysismodelbasedonamicroscopicfailurecriterion，isproposed．Thegeneralizedmethodofcells(GMC)isemployedtomodelforunidirectionalcompositelaminatedplateswithperiodicmicrostructures．Ami

5、croscopicfailurecriterionbasedHuangmodelisalsointroduced．Thefailuremodeoffiberandmarxarecharacterizedrespectivelymicroscopically．Theprogressivedamageoffourunidirectionalcompositelaminatedplatesissimulatednumerically．Staticloadingexperimentsarealsocarriedonwindturbinebladesofcom

6、positewithtwodiferentstates(damagedandundamaged)andtheinfluenceofthedamageonthestrainofthewindturbinebladesismonitoredbythefiberbmgggrating．Thestraincurvegetthroughthefailureexperimentofthetypicalunidirectionallaminateisusedtoverifytheefectivenessofthealgorithmproposed．Theexper

7、imentalanalysisshowsthatthecarryingcapacityofthecompositewindturbinebladeswillreducewhenitisdamaged，andtheirstraincurvecanbeusedtomonitorthehealthstatementofwindturbineblades．Theproposedmodelcanaccuratelypredictthemechanicalpropertiesandbreakingstrengthvaluesofunidirectionalcom

8、positeplates．Keywords：windturbineblades；compositemater