风电叶片复合材料胶接接头损伤破坏声发射行为研究

发布时间：2017-07-14 23:02

  本文关键词：风电叶片复合材料胶接接头损伤破坏声发射行为研究

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【摘要】：针对当前风电叶片复合材料胶接接头易出现缺胶、脱粘等缺陷的问题,本课题采用声发射技术监测其层间胶接接头和金属/复合材料柱壳胶接接头试件的损伤破坏全过程,通过实验和有限元分析对比研究胶接接头的力学性能和声发射行为。通过实验对多种复合材料胶接接头试件的力学性能、界面破坏表征、声发射信号响应特性和有限元分析等方面进行研究,得到主要结论如下:(1)对于单搭接接头拉伸破坏,实验结果表明缺陷降低了接头的承载能力和平均剪切应力,粘附破坏为主要破坏模式,损伤大多发生在胶层边缘和缺陷边缘等高应力集中区域。对于含缺陷的试件,在损伤演化阶段,幅度为60-80 dB的声发射信号持续增多。(2)对于I型和Ⅱ型接头加载破坏,实验结果表明粘附破坏为主要破坏模式,且胶层边缘同时伴有内聚破坏和纤维断裂。此外,接头的损伤破坏与声发射信号的特征参数相对应,尤其是幅度分布。较长搭接长度的Ⅱ型接头对应着较高的承载能力,较高的声发射幅度和相对能量,以及较多的撞击累计数。(3)对于柱壳接头扭转破坏,实验和FEA结果共同表明,增加搭接长度和螺栓直径能有效增强其承载能力,但平均剪切应力却随搭接长度的增加而减小。内聚破坏为主要破坏模式,且伴随着纤维断裂。随着搭接长度和螺栓直径的增加,越来越多幅度在60-80 dB的声发射信号产生在损伤演化阶段,越来越多幅度在80 dB以上的声发射信号产生在破坏阶段。(4)对于柱壳接头拉伸破坏,实验结果表明粘附破坏为主要破坏模式,损伤大多发生在胶层边缘应力集中处。较长搭接长度的柱壳接头对应着较高的承载能力,较高的声发射幅度和相对能量,以及较多的撞击累计数。以上结果表明,复合材料胶接接头的损伤破坏与其声发射信号响应特性相对应,尤其是幅度分布。因此,声发射行为能用来研究胶接接头的损伤机制,为风电叶片的早期健康监测和状态监测提供依据。
【关键词】：风电叶片 胶接接头 声发射技术 有限元分析 损伤机制
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG49;TB302.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 风电叶片概述10-12
• 1.2.1 复合材料10-11
• 1.2.2 复合材料胶接接头11-12
• 1.3 风电叶片无损检测概述12-13
• 1.4 声发射技术概述13-16
• 1.4.1 声发射检测原理14
• 1.4.2 声发射信号处理和分析14-16
• 1.5 国内外研究现状16-17
• 1.6 主要研究内容17
• 1.7 创新点17-19
• 第2章 实验方案设置19-28
• 2.1 实验原材料19
• 2.2 主要仪器与设备19
• 2.3 实验试件制备19-23
• 2.3.1 复合材料层间胶接试件20-22
• 2.3.2 金属/复合材料柱壳胶接试件22-23
• 2.4 性能测试23-27
• 2.4.1 声发射监测复合材料层间胶接试件加载23-25
• 2.4.2 声发射监测金属/复合材料柱壳胶接试件加载25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 复合材料层间胶接损伤破坏力学性能和声发射行为28-48
• 3.1 声发射监测单搭接接头拉伸破坏28-36
• 3.2 声发射监测I型和Ⅱ型接头加载破坏36-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第4章 金属/复合材料柱壳胶接损伤破坏力学性能和声发射行为48-65
• 4.1 声发射监测不同搭接长度的柱壳接头扭转破坏48-55
• 4.2 声发射监测不同螺栓直径的柱壳接头扭转破坏55-60
• 4.3 声发射监测不同搭接长度的柱壳接头拉伸破坏60-63
• 4.4 本章小结63-65
• 第5章 结论与展望65-68
• 5.1 结论65-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士期间取得的科研成果76-77

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本文编号：542621