根据超大型风机轻量化的需求,追求高性能,低成本的材料运用;分析了碳纤维不同工艺下的性能,研究了测试差异.结果表明:(1)拉挤工艺拉伸模量146GPa,灌注工艺拉伸模量120GPa,拉伸模量上:拉挤工艺>灌注工艺;(2)四点弯曲测试对拉伸压缩性能的补充研究,具备一定的价值.

以不同表面加工方式的硬质聚氨酯(PU)泡沫为研究对象,以滚筒剥离强度表征泡沫与面板的结合性能,以加工便利性评估其在大尺寸、异形面泡沫表面批量实施的可能性,以加工方式对树脂耗量的增加量评估其综合成本优劣性.测试表明多轴机床加工浅槽、刀片切深缝、针辊轧孔等方式均能改善聚氨酯(PU)泡沫夹芯复合材料的滚筒剥离强度,使用针辊轧孔的方式在剥离性能提升、加工便利性及树脂耗量方面较其他加工方式具有明显优势.此研究内容对较大尺寸且加工面为异形面的聚氨酯(PU)泡沫剥离强度的提升有很好的加工指导意义.

为提升存量风力发电机组的发电量,以1.5 MW风力发电机为研究对象,基于CFD仿真、代理模型和优化算法,提出了风力机叶尖小翼的优化设计方法.该设计方法使叶尖小翼设计与机组载荷相结合,为风力机叶尖小翼的设计与应用提供重要参考,并综合考虑叶片的结构安全性、发电量提升效果和工艺转化难度,选择一种优化方案进行实验验证.结果表明:叶片增加叶尖小翼后,在年平均风速为7.56 m/s时,年发电量提升1.64％.

随着风电行业进入平价时代,大型化、轻量化和低成本叶片的开发成为降低度电成本的有效手段.纤维增强树脂基复合材料因具有比强度和比刚度高、轻量化,且经过合理设计后能够显著提高结构效率、降低结构重量等优点被广泛用于风电叶片制造 1,2.复合材料性能与铺层结构、生产工艺、生存环境等条件密切相关,而风电叶片在服役期间会承受复杂交变载荷及严苛环境的考验,易使材料在运行过程中出现疲劳损伤,进而导致叶片发生失效.

为解决叶片的疲劳损伤问题,通过研究某70 m级叶片在摆振疲劳测试中的损伤问题,结合GL设计规范与疲劳累积损伤准则对叶片三轴玻纤布的疲劳进行了有限元分析.采用双轴玻纤布对叶片进行结构补强,并对补强后的叶片进行疲劳分析.结果表明,叶片壳体玻纤布铺层在90.方向纤维体积分数低是导致摆振疲劳损伤的主要原因,采用双轴玻纤布进行结构补强能有效提高叶片的摆振疲劳强度.最后,建议将0.54作为该叶片摆振疲劳90.方向安全系数的最小值.

采用红外焊接、超声波焊接、感应焊接3种焊接方式,研究了以Elium为树脂基体的热塑性复合材料的焊接特性.通过焊接接头的拉伸剪切强度评估焊接效果.结果表明:Elium树脂在200℃以上呈熔融状态;红外焊接接头拉伸剪切强度达8.89 MPa,超声波焊接接头拉伸剪切强度达11.93 MPa,感应焊接接头拉伸剪切强度达10.02 MPa,且不同焊接方式的焊接接头拉伸剪切强度数据离散较大.焊接技术有望替代胶粘剂应用于风机叶片各部件间的连接.

复合材料夹芯板不仅具备强度高、模量大、抗冲击性强等良好的力学特点,而且具有隔热减震等功能特点,因此,在航空、航天、船舶、能源、交通等领域日益受到重视,为了满足风电叶片越来越高的性能要求,通过改变泡沫的加工方式的方法,来改变夹层结构,从而整体提高叶片的承载性能.本文着重研究了两种不同表面加工方式、Balsa木芯材力学性能的区别,为叶片设计研发提供依据.

研究了不同纤维体积分数对玻璃钢静态性能和疲劳性能的影响,通过理论分析,推导出了疲劳寿命与纤维体积分数的关系模型,对于叶片设计和生产有较好的指导意义.研究结果表明:根据拟合模型可以得到,同一个应力峰值下玻璃钢同比例试样中(树脂和玻纤的体积分数),纤维体积分数增大,其在玻璃钢试样中占比增大,且试样的受力方向为玻纤的纱线方向,因此疲劳性能有所提升.

随着全球变暖造成的影响越来越大,中国政府肩负起了 自己的责任,提出了"碳中和和碳达峰",并以实际行动大力支持风电事业的发展.在风力发电叶片的实际生产中,经常会在壳体芯材铺层过程中出现芯材间隙大小不一、很难控制的现象,伴随着叶片的大型化,这种影响会被放大.通过开展不同间隙PVC平压、剪切、剥离、四点弯曲板材和样品的制备,以及相对应的测试,进行叶片静态力学性能模拟和分析.试验测试结果表明,P V C泡沫不同间隙吸胶后,平压和剪切的强度和模量、四点弯曲芯子剪切和面板弯曲强度随芯材间隙尺寸增大而增大,芯材单位剥离能随芯材间隙的增大先增大后随之减小,并结合树脂浇注体和P V C泡沫的各自特性对测试结果进行原因分析,芯材间隙过大,不仅会造成风力发电叶片重量的增加,而且对叶片配重甚至整个风机的稳定安全运行也会造成影响.