大型风电复合材料叶片主承力部件结构失效研究
发布时间：2021-09-19 19:54
随着风电机组的大型化发展,复合材料叶片尺寸、重量及载荷的增加对叶片结构可靠性提出了更高要求,大型叶片的安全问题日益突出且失效模式更加复杂,叶片损坏带来的经济损失也更为严重。因此,迫切需要加强对叶片结构失效行为的理解,并提供高效的性能评估和失效预测方法。由于技术风险和高昂成本的限制,全尺寸叶片破坏性测试仍然面临着巨大挑战,而子构件测试则受到越来越多的重视。虽然叶片结构形式复杂且材料种类多样,但在翼展方向的很大范围内,由梁帽和抗剪腹板构成的主承力部件都控制着叶片整体刚度和极限强度。因此,本文提出从子构件尺度进行风电叶片结构失效分析,以主承力部件和叶片翼型段作为研究对象,围绕叶片结构失效机理、参数评估、失效预测及三维建模技术展开试验和数值研究。根据大型风电叶片主承力部件的结构特点和成型工艺,设计并制造了箱型截面承力梁结构,以此试件为代表开展试验和数值研究。承力梁由层合板梁帽和三明治腹板通过结构胶粘接成型,并在梁帽设计中考虑了不同厚度和分层缺陷。承力梁破坏性试验研究中,分别开展了挥舞方向和摆振方向下的三点弯曲极限静力加载,考察了多种失效行为随着加载历程导致最终结构破坏的完整失效顺序,并为后续数...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２每年每台风电机组的主要部件更换频率??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｒｅｐｌａｃｅｄ?ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｍａｊｏｒ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｐｅｒ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｐｅｒ?ｙｅａｒ??
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性能）的主要承力部件是由梁帽和抗剪腹板构成的箱型或工字的主梁结构（或称??承力梁），而其他的非承力壳体主要提供叶片的气动外形，大型风电叶片的一般??构造特点如图１．７所示。要研宄风电叶片的破坏机理，实质上在于研究叶片承力??梁的破坏机制和规律。此外，由于风电复合材料叶片的外形复杂且材料多样，使??得叶片的结构破坏分析很难建立统一的规律。因此，有必要以中尺度的承力梁子??构件为切入点，针对叶片具有的一般性结构特征和典型材料，对叶片承力梁失效??机理进行系统全面的研究，从本质上解释破坏现象，揭示普适性的破坏规律。由??此，为下一步建立全尺寸叶片破坏的核心评估与预测方法提供可靠的理论依据，??为大型、轻量和海上风电机组的叶片安全及可靠性设计提供准确的科学指导。??（減臟?Ｉ??＼?非承力壳体???／－—ｒ??主承力部件??图１．７现代大型风电叶片的一■般构造特点??Ｆｉｇｕｒｅ?１．７?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｆｅａｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｍｏｄｅｍ?ｌａｒｇｅ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｂｌａｄｅｓ??１．２风电叶片结构失效国内外研究现状??１．２．１全尺寸叶片研究现状??风电叶片是由气动外形壳体和内部承力构件组成的中空复合材料结构。随着??风电机组的大型化发展和结构尺寸的持续增长，大型风力发电机叶片呈现出比以??往中小型叶片更加复杂的失效模式［３６］。特别是，大型与中小型风力发电机叶片具??有不同的结构设计和载荷条件
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年中国风电装机容量统计[J]. 风能. 2018(05)
[2]当前风电设备技术发展现状及前景[J]. 沈德昌. 太阳能. 2018(04)
[3]风电叶片全寿命周期性能研究[J]. 唐荆,陈啸,杨科. 风能. 2017(01)
[4]大尺寸复合材料风机叶片破坏试验机理[J]. 靳交通,邓航,侯彬彬,彭超义,冯学斌,曾竟成. 机械设计与研究. 2015(02)
[5]复合材料层板开孔压缩损伤分析[J]. 关志东,黎增山,刘德博,李星. 复合材料学报. 2012(03)
[6]风电场开发成本分析[J]. 汪洋. 风能. 2010(03)
博士论文
[1]大型风电叶片结构设计方法研究[D]. 马志勇.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3402234
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２每年每台风电机组的主要部件更换频率??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｒｅｐｌａｃｅｄ?ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｍａｊｏｒ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｐｅｒ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｐｅｒ?ｙｅａｒ??
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性能）的主要承力部件是由梁帽和抗剪腹板构成的箱型或工字的主梁结构（或称??承力梁），而其他的非承力壳体主要提供叶片的气动外形，大型风电叶片的一般??构造特点如图１．７所示。要研宄风电叶片的破坏机理，实质上在于研究叶片承力??梁的破坏机制和规律。此外，由于风电复合材料叶片的外形复杂且材料多样，使??得叶片的结构破坏分析很难建立统一的规律。因此，有必要以中尺度的承力梁子??构件为切入点，针对叶片具有的一般性结构特征和典型材料，对叶片承力梁失效??机理进行系统全面的研究，从本质上解释破坏现象，揭示普适性的破坏规律。由??此，为下一步建立全尺寸叶片破坏的核心评估与预测方法提供可靠的理论依据，??为大型、轻量和海上风电机组的叶片安全及可靠性设计提供准确的科学指导。??（減臟?Ｉ??＼?非承力壳体???／－—ｒ??主承力部件??图１．７现代大型风电叶片的一■般构造特点??Ｆｉｇｕｒｅ?１．７?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｆｅａｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｍｏｄｅｍ?ｌａｒｇｅ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｂｌａｄｅｓ??１．２风电叶片结构失效国内外研究现状??１．２．１全尺寸叶片研究现状??风电叶片是由气动外形壳体和内部承力构件组成的中空复合材料结构。随着??风电机组的大型化发展和结构尺寸的持续增长，大型风力发电机叶片呈现出比以??往中小型叶片更加复杂的失效模式［３６］。特别是，大型与中小型风力发电机叶片具??有不同的结构设计和载荷条件
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年中国风电装机容量统计[J]. 风能. 2018(05)
[2]当前风电设备技术发展现状及前景[J]. 沈德昌. 太阳能. 2018(04)
[3]风电叶片全寿命周期性能研究[J]. 唐荆,陈啸,杨科. 风能. 2017(01)
[4]大尺寸复合材料风机叶片破坏试验机理[J]. 靳交通,邓航,侯彬彬,彭超义,冯学斌,曾竟成. 机械设计与研究. 2015(02)
[5]复合材料层板开孔压缩损伤分析[J]. 关志东,黎增山,刘德博,李星. 复合材料学报. 2012(03)
[6]风电场开发成本分析[J]. 汪洋. 风能. 2010(03)
博士论文
[1]大型风电叶片结构设计方法研究[D]. 马志勇.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3402234
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