基于层压复合模型的风电叶片超声波特性研究及应用
发布时间：2021-03-06 08:18
风电叶片（Wind turbine blades）是风电机组中最为关键的部件之一,其成本约占机组的15%-20%,叶片质量直接决定机组的风电转化效率。主梁、腹板分别是叶片运行时主要承载结构与支撑结构,为了提高叶片自身的弯曲刚度,二者通过树脂结构胶进行粘接形成胶结结构,主梁内部质量及其与腹板胶结质量是影响叶片服役寿命的关键因素。因此,对叶片主梁腹板胶结质量检测是保证叶片服役安全的必要步骤。超声波检测是主梁腹板胶结结构的主要无损检测方法,但是传统超声检测结果容易受到耦合性、仪器噪声等因素影响,不易于分析检测数据与提取声学特征参数,结果可靠性依赖于检测人员的经验。现代超声检测朝着定量化、图像化、自动化方向发展,研究超声波在主梁腹板胶结结构的传播特性,定量分析缺陷尺寸对幅值、频率声学参数的影响规律,并将检测结果以图像形式进行显示,符合现代超声检测的发展需求。本文的主要研究工作及结果如下:（1）研究了超声波在叶片主梁中的传播特性。采用ANSYS有限元软件,分别建立了无缺陷和含不同尺寸裂纹、脱层损伤主梁模型,对接收到的回波检测信号进行能量分析和波形分析。结果表明:对于不同位置的裂纹,随着裂纹长度的...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１三维立体风电叶片示意图??图１－１中淡绿色区域表示叶根；红色区域表示主梁；蓝色区域表示腹板，黄??
裂纹?运输碰撞、服役损伤等??Ｔｏｆｔ?Ｈ?Ｓ等人［２６ｊ用有限元方法分析了风电叶片主梁分层尺寸对强结果表明：分层尺寸相对于主梁面板宽度的３０％和４０％时，测量的少约１０°／。－２０％，而且分层的大小和强度的降低存在着线性关系。Ｍ．Ｚｈ］以两种夹杂杂质（蒸馏水和海水）作为缺陷进行实验研究，人工铺设纤层间分别涂上述材料，再对含缺陷的复合材料样本和无缺陷的复合材力学性能测试。结果表明：蒸馏水与海水作为缺陷导致材料韧性分别和５０％，层间剪切强度分别减少了?６５．３％和７１．４％。因此，玻璃钢内层缺陷对叶片强度的降低有着较大影响。??据风场统计，引发叶片失效事故概率最高的是由于粘结剂的缺失引发’２８］。因此，风电叶片复合材料胶结结构的缺陷检测及缺陷尺寸对胶结能的影响分析，受到广大学者关注［２Ｗ２］。叶片合模粘接示意图如１－２主梁、腹板分别是叶片服役时的主要承载结构与支撑结构，为了提高弯曲刚度，合模时二者通过结构胶进行粘接形成胶结结构，粘接质量的使用寿命，是实际检测叶片时的工程关键部位，也是本文的研宄对
??图１－２中主梁、腹板分别是在闭模工艺下成型，再通过结构胶进行盲粘，在??粘接区域极易粘接不良，产生缺胶、脱粘或气孔缺陷，如图１－３所示。??圓??图１－３粘结剂缺损实物图：（ａ）缺胶；（ｂ）气孔??除了叶片主梁腹板粘接结构易产生结构胶缺失外，主梁区域也容易产生层合??板脱层缺陷［３３３４］。主要是由于主梁材料为玻璃钢（ＧＦＲＰ），它的制造与成型需要经??过裁剪、有序铺地、加热固化和模具热压四个过程。如果加压过程压力不够或者??不均匀，或者加工工艺过程中如果环境控制的不好，ＧＦＲＰ中容易引入外界杂质，??最常见的模拟夹杂脱层材料为聚四氟乙烯［３５３６］；此外，由于大型风电叶片尺寸达??到５２．３ｍ以上，给运输过程造成困难，容易产生碰撞，导致ＧＦＲＰ内部容易产生??裂纹损伤，如图１－４所示［３７＇３８］。??ｍ?１?ｍｂｍ?ｍ１??图１－４玻璃钢内常见损伤实物图：（ａ）裂纹；（ｂ）脱层??目前
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于目视、敲击和超声波联合探伤在风电叶片缺陷检验中的应用分析[J]. 曹金祥,任彦忠,王鑫,周波,燕智敏,邹平国. 纤维复合材料. 2017(02)
[2]复合材料风电叶片静态无损检测方法研究进展[J]. 田松峰,韩强,王美俊,胥佳瑞. 工程塑料应用. 2016(06)
[3]风电叶片前缘胶接结构的超声检测技术研究[J]. 王昌盛,周克印,徐萍,孟令民. 玻璃钢/复合材料. 2016(04)
[4]风电叶片蒙皮与腹板粘接红外热成像检测研究[J]. 孟梨雨,曾智,王冠,陶宁,张存林. 光电子技术. 2015(03)
[5]风电机组叶片的典型缺陷[J]. 刘双,胡斌,黄军威. 风能. 2015(07)
[6]超声波技术用于风电叶片粘结区域检测的探究[J]. 安静,徐宇,张淑丽,谢存存. 玻璃钢/复合材料. 2015(03)
[7]基于ANSYS LS-DYNA模拟敲击声振法检测叶片脱层[J]. 孙梁,刘荣梅,姚恩涛. 国外电子测量技术. 2014(12)
[8]兆瓦级大型风力发电机叶片的无损检测[J]. 徐阳,刘卫生,乔光辉. 玻璃钢/复合材料. 2013(03)
[9]风电叶片的主要缺陷与无损检测技术评价[J]. 何杰,杜玲,王冬生. 玻璃钢. 2013(01)
[10]大型风电叶片缺陷及其无损检测技术研究[J]. 羊森林,赵萍,王锋,曹洪兵. 东方汽轮机. 2012(01)
硕士论文
[1]井孔中的超声波传播特性研究及其应用[D]. 解廷菊.湘潭大学 2017
[2]2MW大型风电叶片成型技术及工艺研究[D]. 陈玉辉.华北电力大学 2016
[3]风电叶片用单向碳/玻层间混编复合材料的性能研究[D]. 马腾.东华大学 2016
[4]风电叶片复合材料胶接接头损伤破坏声发射行为研究[D]. 刘然.河北大学 2016
[5]风电叶片前缘超声检测技术研究[D]. 王昌盛.南京航空航天大学 2016
[6]超声纵波在缺陷固体中散射的数值模拟及可视化装置研究[D]. 陈磊.华中科技大学 2015
[7]风电叶片脱层的无损检测技术研究[D]. 陈华华.南京航空航天大学 2015
[8]风电叶片脱层损伤的声振检测技术研究[D]. 陶鹏.南京航空航天大学 2014
[9]应力波在桥梁预应力结构中的传播特性及其应用[D]. 雷刚.湘潭大学 2013
[10]MW风电叶片用环氧树脂基复合材料耐候性研究[D]. 卢敏.湖南工业大学 2012
本文编号：3066750
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１三维立体风电叶片示意图??图１－１中淡绿色区域表示叶根；红色区域表示主梁；蓝色区域表示腹板，黄??
裂纹?运输碰撞、服役损伤等??Ｔｏｆｔ?Ｈ?Ｓ等人［２６ｊ用有限元方法分析了风电叶片主梁分层尺寸对强结果表明：分层尺寸相对于主梁面板宽度的３０％和４０％时，测量的少约１０°／。－２０％，而且分层的大小和强度的降低存在着线性关系。Ｍ．Ｚｈ］以两种夹杂杂质（蒸馏水和海水）作为缺陷进行实验研究，人工铺设纤层间分别涂上述材料，再对含缺陷的复合材料样本和无缺陷的复合材力学性能测试。结果表明：蒸馏水与海水作为缺陷导致材料韧性分别和５０％，层间剪切强度分别减少了?６５．３％和７１．４％。因此，玻璃钢内层缺陷对叶片强度的降低有着较大影响。??据风场统计，引发叶片失效事故概率最高的是由于粘结剂的缺失引发’２８］。因此，风电叶片复合材料胶结结构的缺陷检测及缺陷尺寸对胶结能的影响分析，受到广大学者关注［２Ｗ２］。叶片合模粘接示意图如１－２主梁、腹板分别是叶片服役时的主要承载结构与支撑结构，为了提高弯曲刚度，合模时二者通过结构胶进行粘接形成胶结结构，粘接质量的使用寿命，是实际检测叶片时的工程关键部位，也是本文的研宄对
??图１－２中主梁、腹板分别是在闭模工艺下成型，再通过结构胶进行盲粘，在??粘接区域极易粘接不良，产生缺胶、脱粘或气孔缺陷，如图１－３所示。??圓??图１－３粘结剂缺损实物图：（ａ）缺胶；（ｂ）气孔??除了叶片主梁腹板粘接结构易产生结构胶缺失外，主梁区域也容易产生层合??板脱层缺陷［３３３４］。主要是由于主梁材料为玻璃钢（ＧＦＲＰ），它的制造与成型需要经??过裁剪、有序铺地、加热固化和模具热压四个过程。如果加压过程压力不够或者??不均匀，或者加工工艺过程中如果环境控制的不好，ＧＦＲＰ中容易引入外界杂质，??最常见的模拟夹杂脱层材料为聚四氟乙烯［３５３６］；此外，由于大型风电叶片尺寸达??到５２．３ｍ以上，给运输过程造成困难，容易产生碰撞，导致ＧＦＲＰ内部容易产生??裂纹损伤，如图１－４所示［３７＇３８］。??ｍ?１?ｍｂｍ?ｍ１??图１－４玻璃钢内常见损伤实物图：（ａ）裂纹；（ｂ）脱层??目前
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于目视、敲击和超声波联合探伤在风电叶片缺陷检验中的应用分析[J]. 曹金祥,任彦忠,王鑫,周波,燕智敏,邹平国. 纤维复合材料. 2017(02)
[2]复合材料风电叶片静态无损检测方法研究进展[J]. 田松峰,韩强,王美俊,胥佳瑞. 工程塑料应用. 2016(06)
[3]风电叶片前缘胶接结构的超声检测技术研究[J]. 王昌盛,周克印,徐萍,孟令民. 玻璃钢/复合材料. 2016(04)
[4]风电叶片蒙皮与腹板粘接红外热成像检测研究[J]. 孟梨雨,曾智,王冠,陶宁,张存林. 光电子技术. 2015(03)
[5]风电机组叶片的典型缺陷[J]. 刘双,胡斌,黄军威. 风能. 2015(07)
[6]超声波技术用于风电叶片粘结区域检测的探究[J]. 安静,徐宇,张淑丽,谢存存. 玻璃钢/复合材料. 2015(03)
[7]基于ANSYS LS-DYNA模拟敲击声振法检测叶片脱层[J]. 孙梁,刘荣梅,姚恩涛. 国外电子测量技术. 2014(12)
[8]兆瓦级大型风力发电机叶片的无损检测[J]. 徐阳,刘卫生,乔光辉. 玻璃钢/复合材料. 2013(03)
[9]风电叶片的主要缺陷与无损检测技术评价[J]. 何杰,杜玲,王冬生. 玻璃钢. 2013(01)
[10]大型风电叶片缺陷及其无损检测技术研究[J]. 羊森林,赵萍,王锋,曹洪兵. 东方汽轮机. 2012(01)
硕士论文
[1]井孔中的超声波传播特性研究及其应用[D]. 解廷菊.湘潭大学 2017
[2]2MW大型风电叶片成型技术及工艺研究[D]. 陈玉辉.华北电力大学 2016
[3]风电叶片用单向碳/玻层间混编复合材料的性能研究[D]. 马腾.东华大学 2016
[4]风电叶片复合材料胶接接头损伤破坏声发射行为研究[D]. 刘然.河北大学 2016
[5]风电叶片前缘超声检测技术研究[D]. 王昌盛.南京航空航天大学 2016
[6]超声纵波在缺陷固体中散射的数值模拟及可视化装置研究[D]. 陈磊.华中科技大学 2015
[7]风电叶片脱层的无损检测技术研究[D]. 陈华华.南京航空航天大学 2015
[8]风电叶片脱层损伤的声振检测技术研究[D]. 陶鹏.南京航空航天大学 2014
[9]应力波在桥梁预应力结构中的传播特性及其应用[D]. 雷刚.湘潭大学 2013
[10]MW风电叶片用环氧树脂基复合材料耐候性研究[D]. 卢敏.湖南工业大学 2012
本文编号：3066750
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3066750.html
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