风电叶片前缘超声检测技术研究

发布时间：2017-08-07 11:18

  本文关键词：风电叶片前缘超声检测技术研究

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【摘要】：风电叶片主要采用纤维增强树脂基复合材料制造而成。复合材料叶片的制造采用半成型合模技术,即先将上壳体与下壳体分别成型,再通过结构胶将两者胶接成一体。由于叶片胶接过程为盲粘,难免会产生脱粘、缺胶等缺陷,对叶片胶接区域进行超声检测是保障其整体质量的重要方法。本文根据风电叶片生产制造的实际情况,研究了采用超声波检测复合材料风电叶片前缘胶接缺陷的技术,分析了超声场在前缘结构分布情况,设计了用于检测风电叶片前缘胶接结构的超声波探头。本文工作如下:(1)分析了叶片在制造过程中容易出现的缺陷类型,综述了国内外针对复合材料风电叶片的无损检测方法,分析了复合材料的超声检测特征。(2)本文以双晶直探头为研究对象,采用仿真模拟方法分析了双晶直探头的不同参数对声束汇聚区特性的影响。仿真结果表明:1)随着晶片尺寸的增加,声束焦距、声场汇聚区内有效检测范围以及焦点声压幅值均增加;2)随着晶片倾角的增加,声束焦距、声场汇聚区内有效检测范围均减小,焦点声压幅值增加。同样,探头的晶片间距和楔块尺寸会对声束汇聚区产生影响,在进行双晶直探头参数设计优化时应考虑。这些结论对基于双晶直探头的前缘检测提供了有益的指导。(3)建立风电叶片前缘仿真模型,并利用CIVA软件仿真对比了双晶直探头不同参数在叶片前缘结构中的声场分布。以探头在叶片前缘结构中声束聚焦性好和声压幅值高为准则,确定了双晶直探头的超声频率、晶片尺寸、倾角、晶片间距和楔块厚度。(4)利用优化设计的双晶直探头对玻璃钢试块、叶片前缘试块和带有缺陷的叶片进行实验研究。实验数据表明,此探头对叶片前缘胶接结构的脱粘缺陷具有良好的检测效果,缺陷回波明显,盲区小,灵敏度高,信噪比高。
【关键词】：复合材料 风电叶片 超声检测 胶接结构 双晶探头 仿真
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614;TB302.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景及意义14
• 1.2 复合材料风电叶片简介14-17
• 1.2.1 复合材料风电叶片的发展14-15
• 1.2.2 复合材料风电叶片的结构15-16
• 1.2.3 复合材料风电叶片的主要缺陷16-17
• 1.3 复合材料风电叶片无损检测的国内外研究现状17-19
• 1.4 本课题研究内容19-20
• 第二章 复合材料超声检测技术的基本原理20-27
• 2.1 超声检测的物理基础20-23
• 2.1.1 超声波的类型20
• 2.1.2 超声场中的特征值20-22
• 2.1.3 超声波垂直入射到平界面上时的反射和透射22-23
• 2.1.4 超声波的衰减23
• 2.2 超声波检测缺陷的原理23-24
• 2.3 超声检测方法在复合材料缺陷检测中的应用24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 超声检测系统及超声换能器声场分析27-37
• 3.1 超声检测仪27-28
• 3.2 超声波探头28-30
• 3.3 超声波双晶探头及声场分析30-36
• 3.3.1 双晶探头结构30-31
• 3.3.2 双晶探头结构参数计算31-32
• 3.3.3 双晶探头聚焦区声场分析32-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 风电叶片前缘超声仿真分析37-51
• 4.1 CIVA仿真软件简介37-38
• 4.2 风电叶片前缘的双晶探头声场计算仿真38-45
• 4.2.1 试块参数的设置38-39
• 4.2.2 探头的选择39-45
• 4.3 叶片前缘的缺陷响应仿真45-50
• 4.3.1 缺陷结构散射声场模型45-48
• 4.3.2 模拟缺陷仿真48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 风电叶片前缘胶接结构的超声检测51-66
• 5.1 试样制备51-53
• 5.1.1 标准试样制备51-52
• 5.1.2 风电叶片前缘脱粘缺陷试件制作52-53
• 5.2 实验装置53-55
• 5.2.1 实验仪器53
• 5.2.2 超声波探头53-55
• 5.3 标准试件实验分析55-59
• 5.3.1 同直径不同深度脱层缺陷的超声检测55-56
• 5.3.2 同深度不同直径的脱层缺陷的超声检测56-59
• 5.4 叶片试件实验分析59-65
• 5.4.1 不同大小脱粘缺陷的超声检测59-62
• 5.4.2 不同深度脱粘缺陷的超声检测62-64
• 5.4.3 损伤叶片实验分析64-65
• 5.5 一发三收TR探头超声实验65
• 5.6 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 在学期间发表论文和科研成果73

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本文编号：634387