基于红外热像技术的风力发电机缺陷叶片疲劳损伤研究
发布时间：2021-03-25 22:14
风能是可再生能源。叶片为大型风力发电机的重要部件之一,受人为和制造工艺技术等因素影响,叶片容易带有纤维断裂、分层、气孔、微裂纹等原生缺陷。在风力发电机叶片服役过程中,原生缺陷不断长大和串接,导致风力发电机叶片宏观力学性能劣化,甚至导致风力发电机叶片疲劳断裂,使整个风力发电机组无法正常运行。因此对大型风力发电机原生缺陷叶片的疲劳损伤演化研究是至关重要的,有利于提前预测风力发电机叶片故障,保证风力发电机的安全性和使用性,减少巨大的经济损失。风力发电机叶片疲劳损伤演化过程是一种不可逆的热力学非线性过程,结合材料学、疲劳学、热力学及先进的红外热像检测技术,横跨微观、细观、宏观的不同尺度层次,研究多种原生缺陷风力发电机叶片的疲劳损伤机制,为实现风力发电机叶片的在线、实时的健康监测提供理论支撑,本文从试验、理论方面对原生缺陷叶片的疲劳损伤过程分析研究。利用红外热像仪研究分层、气孔缺陷对叶片疲劳损伤的影响,通过监测疲劳过程中分层、气孔缺陷叶片试件表面温度和红外热像序图变化,发现缺陷对叶片疲劳损伤与缺陷深度、缺陷类型有关。分层和气孔缺陷对叶片疲劳损伤程度随疲劳时间逐渐增加,表面温度逐渐升高。相同缺陷类...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
001-2017年世界风电总装机容量图
沈阳工业大学博士学位论文2图1.2十三五规划预测中国的风力发电累计产量图Fig.1.2ForecastofChina"swindpoweraccumulationin13thfive-yearplan叶片是风力发电机最为关键的部件之一，也是风力发电机能量捕获机构[1]。目前，叶片主要采用玻璃纤维增强复合材料(GlassFiber-reinforcedPlastic，简称GFRP)或碳纤维增强复合材料(CarbonFibre-reinforcedPolymer，简称CFRP)制成。复合材料主要优点为比强度、比刚度都比金属材料大，但重量却比金属材料轻，也被广泛应用在航空航天、汽车工业、船舶、建筑等领域[2]。但是叶片价格昂贵，它的制造成本约为风力发电机总成本的15-20%[3]。随着世界风电发展要求单机容量越来越大，导致叶片也越来越长。5MW以上的风力发电机叶片长达50m以上，7-10KW风力发电机叶片长达60m以上。叶片在服役运行过程中，不仅受到施加外力复杂载荷，还会受到雷电、暴雨、飓风等恶劣环境影响，最终导致叶片疲劳断裂失效。根据英国凯斯内斯风电场信息论坛的统计，2000年因叶片断裂导致的事故有4起，2011年19起，2012年28起。由于叶片断裂事故约占整个风力发电机组事故的30%，说明叶片疲劳断裂是不可忽视的科研课题。图1.3风力发电机叶片断裂图Fig.1.3Windturbinebladefracturediagram
沈阳工业大学博士学位论文2图1.2十三五规划预测中国的风力发电累计产量图Fig.1.2ForecastofChina"swindpoweraccumulationin13thfive-yearplan叶片是风力发电机最为关键的部件之一，也是风力发电机能量捕获机构[1]。目前，叶片主要采用玻璃纤维增强复合材料(GlassFiber-reinforcedPlastic，简称GFRP)或碳纤维增强复合材料(CarbonFibre-reinforcedPolymer，简称CFRP)制成。复合材料主要优点为比强度、比刚度都比金属材料大，但重量却比金属材料轻，也被广泛应用在航空航天、汽车工业、船舶、建筑等领域[2]。但是叶片价格昂贵，它的制造成本约为风力发电机总成本的15-20%[3]。随着世界风电发展要求单机容量越来越大，导致叶片也越来越长。5MW以上的风力发电机叶片长达50m以上，7-10KW风力发电机叶片长达60m以上。叶片在服役运行过程中，不仅受到施加外力复杂载荷，还会受到雷电、暴雨、飓风等恶劣环境影响，最终导致叶片疲劳断裂失效。根据英国凯斯内斯风电场信息论坛的统计，2000年因叶片断裂导致的事故有4起，2011年19起，2012年28起。由于叶片断裂事故约占整个风力发电机组事故的30%，说明叶片疲劳断裂是不可忽视的科研课题。图1.3风力发电机叶片断裂图Fig.1.3Windturbinebladefracturediagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]风力机叶片原生缺陷转捩的能量释放机理研究[J]. 周勃,俞方艾,张亚楠,陈长征. 仪器仪表学报. 2017(12)
[2]风力机叶片质量控制难点分析及对策[J]. 赵勇,王冰佳,王杰彬. 热力发电. 2017(04)
[3]针刺C/SiC复合材料拉-压疲劳特性与失效机理[J]. 方光武,高希光,宋迎东. 材料工程. 2016(11)
[4]基于红外锁相法的涂层脱粘缺陷检测与识别[J]. 张金玉,马永超. 红外技术. 2016(10)
[5]纤维增强复合材料风机叶片宏细观一体化有限元分析[J]. 朱子剑,孙耀宁,巴吾东·依不拉音,程康娜. 计算力学学报. 2016(03)
[6]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)
[7]聚乙烯准静态拉伸下的热力耦合特性[J]. 童心,许进升,马赛尔,孙正平,陈雄. 高分子材料科学与工程. 2016(05)
[8]孔洞缺陷的红外无损检测和PNN识别与定量评估[J]. 周建民,符正晴,李鹏,杨君. 红外与激光工程. 2015(04)
[9]拉-拉循环载荷下443铁素体不锈钢产热规律及疲劳性能预测[J]. 张杰,闫志峰,王文先,王志斌,王凯,张红霞,张心保. 材料工程. 2015(02)
[10]纤维增强陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线模型研究[J]. 李龙彪. 力学学报. 2014(05)
博士论文
[1]基于疲劳损伤熵的点焊接头累积损伤评估方法研究[D]. 刘亚良.大连交通大学 2018
[2]纤维增强复合材料的疲劳损伤模型及分析方法[D]. 张文姣.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于热力学分析的疲劳损伤与寿命预测研究[D]. 封硕.西北工业大学 2015
[4]基于能量耗散的金属疲劳损伤表征及寿命预测[D]. 李斌.西北工业大学 2014
[5]金属材料疲劳参数的快速评估方法和断裂机理的研究[D]. 樊俊铃.大连理工大学 2014
[6]疲劳耗散能及其在疲劳性能快速预测中的应用研究[D]. 李源.湖南大学 2013
[7]基于锁相红外热像理论的无损检测及疲劳性能研究[D]. 赵延广.大连理工大学 2012
[8]纤维增强复合材料寿命预测与疲劳性能衰减研究[D]. 吴富强.南京航空航天大学 2008
硕士论文
[1]基于红外热成像法5A06铝合金疲劳行为各向异性研究[D]. 陈鹏达.太原理工大学 2015
[2]颗粒增强钛基复合材料力学性能数值模拟研究[D]. 王豆.北京理工大学 2015
[3]基于定量红外热像法的钛合金疲劳性能分析[D]. 侯培军.大连理工大学 2014
[4]有限弹性体表面裂纹问题的有限元分析[D]. 赵勇刚.哈尔滨工业大学 2007
[5]疲劳损伤过程热耗散与微观形貌的同步测量[D]. 陈胜红.西北工业大学 2007
本文编号：3100419
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
001-2017年世界风电总装机容量图
沈阳工业大学博士学位论文2图1.2十三五规划预测中国的风力发电累计产量图Fig.1.2ForecastofChina"swindpoweraccumulationin13thfive-yearplan叶片是风力发电机最为关键的部件之一，也是风力发电机能量捕获机构[1]。目前，叶片主要采用玻璃纤维增强复合材料(GlassFiber-reinforcedPlastic，简称GFRP)或碳纤维增强复合材料(CarbonFibre-reinforcedPolymer，简称CFRP)制成。复合材料主要优点为比强度、比刚度都比金属材料大，但重量却比金属材料轻，也被广泛应用在航空航天、汽车工业、船舶、建筑等领域[2]。但是叶片价格昂贵，它的制造成本约为风力发电机总成本的15-20%[3]。随着世界风电发展要求单机容量越来越大，导致叶片也越来越长。5MW以上的风力发电机叶片长达50m以上，7-10KW风力发电机叶片长达60m以上。叶片在服役运行过程中，不仅受到施加外力复杂载荷，还会受到雷电、暴雨、飓风等恶劣环境影响，最终导致叶片疲劳断裂失效。根据英国凯斯内斯风电场信息论坛的统计，2000年因叶片断裂导致的事故有4起，2011年19起，2012年28起。由于叶片断裂事故约占整个风力发电机组事故的30%，说明叶片疲劳断裂是不可忽视的科研课题。图1.3风力发电机叶片断裂图Fig.1.3Windturbinebladefracturediagram
沈阳工业大学博士学位论文2图1.2十三五规划预测中国的风力发电累计产量图Fig.1.2ForecastofChina"swindpoweraccumulationin13thfive-yearplan叶片是风力发电机最为关键的部件之一，也是风力发电机能量捕获机构[1]。目前，叶片主要采用玻璃纤维增强复合材料(GlassFiber-reinforcedPlastic，简称GFRP)或碳纤维增强复合材料(CarbonFibre-reinforcedPolymer，简称CFRP)制成。复合材料主要优点为比强度、比刚度都比金属材料大，但重量却比金属材料轻，也被广泛应用在航空航天、汽车工业、船舶、建筑等领域[2]。但是叶片价格昂贵，它的制造成本约为风力发电机总成本的15-20%[3]。随着世界风电发展要求单机容量越来越大，导致叶片也越来越长。5MW以上的风力发电机叶片长达50m以上，7-10KW风力发电机叶片长达60m以上。叶片在服役运行过程中，不仅受到施加外力复杂载荷，还会受到雷电、暴雨、飓风等恶劣环境影响，最终导致叶片疲劳断裂失效。根据英国凯斯内斯风电场信息论坛的统计，2000年因叶片断裂导致的事故有4起，2011年19起，2012年28起。由于叶片断裂事故约占整个风力发电机组事故的30%，说明叶片疲劳断裂是不可忽视的科研课题。图1.3风力发电机叶片断裂图Fig.1.3Windturbinebladefracturediagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]风力机叶片原生缺陷转捩的能量释放机理研究[J]. 周勃,俞方艾,张亚楠,陈长征. 仪器仪表学报. 2017(12)
[2]风力机叶片质量控制难点分析及对策[J]. 赵勇,王冰佳,王杰彬. 热力发电. 2017(04)
[3]针刺C/SiC复合材料拉-压疲劳特性与失效机理[J]. 方光武,高希光,宋迎东. 材料工程. 2016(11)
[4]基于红外锁相法的涂层脱粘缺陷检测与识别[J]. 张金玉,马永超. 红外技术. 2016(10)
[5]纤维增强复合材料风机叶片宏细观一体化有限元分析[J]. 朱子剑,孙耀宁,巴吾东·依不拉音,程康娜. 计算力学学报. 2016(03)
[6]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)
[7]聚乙烯准静态拉伸下的热力耦合特性[J]. 童心,许进升,马赛尔,孙正平,陈雄. 高分子材料科学与工程. 2016(05)
[8]孔洞缺陷的红外无损检测和PNN识别与定量评估[J]. 周建民,符正晴,李鹏,杨君. 红外与激光工程. 2015(04)
[9]拉-拉循环载荷下443铁素体不锈钢产热规律及疲劳性能预测[J]. 张杰,闫志峰,王文先,王志斌,王凯,张红霞,张心保. 材料工程. 2015(02)
[10]纤维增强陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线模型研究[J]. 李龙彪. 力学学报. 2014(05)
博士论文
[1]基于疲劳损伤熵的点焊接头累积损伤评估方法研究[D]. 刘亚良.大连交通大学 2018
[2]纤维增强复合材料的疲劳损伤模型及分析方法[D]. 张文姣.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于热力学分析的疲劳损伤与寿命预测研究[D]. 封硕.西北工业大学 2015
[4]基于能量耗散的金属疲劳损伤表征及寿命预测[D]. 李斌.西北工业大学 2014
[5]金属材料疲劳参数的快速评估方法和断裂机理的研究[D]. 樊俊铃.大连理工大学 2014
[6]疲劳耗散能及其在疲劳性能快速预测中的应用研究[D]. 李源.湖南大学 2013
[7]基于锁相红外热像理论的无损检测及疲劳性能研究[D]. 赵延广.大连理工大学 2012
[8]纤维增强复合材料寿命预测与疲劳性能衰减研究[D]. 吴富强.南京航空航天大学 2008
硕士论文
[1]基于红外热成像法5A06铝合金疲劳行为各向异性研究[D]. 陈鹏达.太原理工大学 2015
[2]颗粒增强钛基复合材料力学性能数值模拟研究[D]. 王豆.北京理工大学 2015
[3]基于定量红外热像法的钛合金疲劳性能分析[D]. 侯培军.大连理工大学 2014
[4]有限弹性体表面裂纹问题的有限元分析[D]. 赵勇刚.哈尔滨工业大学 2007
[5]疲劳损伤过程热耗散与微观形貌的同步测量[D]. 陈胜红.西北工业大学 2007
本文编号：3100419
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