葉片是風(fēng)力機(jī)獲取風(fēng)能的關(guān)鍵部件,在葉片的生產(chǎn)過程中,往往因?yàn)槠渲谱鞴に嚨奶厥?自動(dòng)化程度不高,使生產(chǎn)出來的葉片存在內(nèi)部缺陷,如褶皺、分層、缺膠等。由于這些隨機(jī)分布的工藝缺陷存在,導(dǎo)致復(fù)合材料的疲勞破壞通常從缺陷處開始,并在隨機(jī)交變應(yīng)力作用下逐步擴(kuò)展貫通成為宏觀裂紋,繼而逐步擴(kuò)展到界面上引發(fā)疲勞損傷,對(duì)葉片結(jié)構(gòu)造成破壞。考慮風(fēng)電場(chǎng)大多位于偏遠(yuǎn)地區(qū),存在維護(hù)、監(jiān)測(cè)困難的問題,如果早期損傷未被及時(shí)發(fā)現(xiàn),有可能在惡劣工況下發(fā)展為惡性事故而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,研究風(fēng)力機(jī)葉片的損傷演化識(shí)別,對(duì)于保障葉片長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)行具有重要意義。本文研究采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)葉片復(fù)合材料損傷演化狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別和預(yù)測(cè),為風(fēng)力機(jī)葉片健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供新思路,論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）以損傷力學(xué)理論為基礎(chǔ),通過分析不同階段損傷演化的能量耗散,建立了風(fēng)力機(jī)葉片復(fù)合材料的損傷演化模型,從而明晰聲發(fā)射能量耗散和復(fù)合材料損傷演化規(guī)律的關(guān)系。通過復(fù)合材料層合板Lamb理論討論了不同類型的Lamb頻散控制方程以及頻散特性。利用聲發(fā)射斷鉛實(shí)驗(yàn)分析了不同Lamb波傳播方式,并討論了不同損傷程度對(duì)Lamb波的影響,為損傷演化過程中聲發(fā)射... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：151 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

風(fēng)力機(jī)葉片剖面結(jié)構(gòu)

沈陽工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文18GFRP復(fù)合材料疲勞損傷具有兩個(gè)明顯特點(diǎn)：(1)損傷發(fā)生的中前期，材料中以隨機(jī)分布的基體微裂紋為主，不存在均質(zhì)材料中主裂紋擴(kuò)展主導(dǎo)損傷演化的情況。(2)在復(fù)合材料層合板中，損傷沿一定方向擴(kuò)展。例如，基體裂紋沿著纖維方向演化；分層損傷沿著層間界面演化。圖2.1復(fù)合材料的疲勞損傷演化規(guī)律Fig.2.1Fatiguedamageevolutionofcompositematerials2.2聲發(fā)射能量耗散模型2.2.1疲勞損傷能量耗散理論損傷演化是一個(gè)具有不可逆能耗特征的過程。結(jié)構(gòu)其內(nèi)部應(yīng)變能和外部載荷引起的附加能使材料微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆改變，當(dāng)內(nèi)部應(yīng)變能的增長(zhǎng)速率相當(dāng)于表面能量的耗散速率時(shí)，應(yīng)變能驅(qū)動(dòng)宏觀實(shí)際損傷形成。根據(jù)能量守恒定律，外界對(duì)材料所做的總機(jī)械功dW應(yīng)等于材料所釋放的彈性能dζ、材料以熱能、聲能等形式所消耗掉的耗散能dη、材料塑性變形、裂紋擴(kuò)展、斷裂的非彈性變形能dξ。因此，整個(gè)損傷演化過程的能量平衡為：dW=dζ+dη+dξ(2.7)外界載荷向材料輸入的功屬于機(jī)械功，它包括了彈性應(yīng)變能和塑性應(yīng)變能。彈性應(yīng)變能即材料內(nèi)部產(chǎn)生可逆彈性變形所儲(chǔ)存的能量，而塑性應(yīng)變能則為材料內(nèi)部產(chǎn)生不可逆塑性變形而消耗的能量。因此，損傷演化過程中系統(tǒng)釋放能量表達(dá)式為：

沈陽工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文24對(duì)于無限大的板結(jié)構(gòu)中，存在一維應(yīng)變狀態(tài)，當(dāng)垂直于縱波傳播方向上的板結(jié)構(gòu)尺寸非常大時(shí)，存在一維應(yīng)變狀態(tài)。根據(jù)三維胡克定律，此時(shí)彈性應(yīng)力波狀態(tài)方程可表示為：{ζx=(λ+2μ)εxζy=λεyζτ=0(2.37)其中，λ和μ為L(zhǎng)amè系數(shù)，用彈性模量E與泊松比ν表示為：λ=Eν(1+ν)(1-2ν)μ=E2(1+ν)(2.38)將方程(2.38)帶入波動(dòng)控制方程中，可解得一維應(yīng)變狀態(tài)下的彈性波速為：CE=√(λ+2μ)ρ=√(1-ν)Eρ(1+ν)(1-2ν)(2.39)對(duì)于常見的GFRP復(fù)合材料，通常0＜ν＜0.5。對(duì)比式(2.36)和(2.39)可知，層合板復(fù)合材料內(nèi)一維彈性應(yīng)力波的縱波比橫波傳播速度快。2.3.2Lamb波理論GFRP復(fù)合材料Lamb波頻散控制方程的求解過程主要包括：控制方程(2.40)、幾何方程(2.41)和本構(gòu)方程(2.42)[100]：ρ2u1t2=ζij,j+fi(i,j=1,2,3)(2.40)εij=12uij+12uji=12(ui,j+uj,i)i,j=(1,2,3)(2.41)ζij=Cijklεkl(2.42)以上三組方程中，ρ為GFRP復(fù)合材料密度，uij為應(yīng)力波的質(zhì)點(diǎn)位移矢量，ζij和εij分別代表應(yīng)力和應(yīng)變，Cijkl為GFRP復(fù)合材料剛度系數(shù)，i,j為復(fù)合材料坐標(biāo)系中x、y、z軸方向。圖2.2彈性微分體示意圖Fig.2.2Schematicdiagramofelasticdifferentiation

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3022189