隨著風電機組的大型化發(fā)展,復合材料葉片尺寸、重量及載荷的增加對葉片結(jié)構(gòu)可靠性提出了更高要求,大型葉片的安全問題日益突出且失效模式更加復雜,葉片損壞帶來的經(jīng)濟損失也更為嚴重。因此,迫切需要加強對葉片結(jié)構(gòu)失效行為的理解,并提供高效的性能評估和失效預測方法。由于技術(shù)風險和高昂成本的限制,全尺寸葉片破壞性測試仍然面臨著巨大挑戰(zhàn),而子構(gòu)件測試則受到越來越多的重視。雖然葉片結(jié)構(gòu)形式復雜且材料種類多樣,但在翼展方向的很大范圍內(nèi),由梁帽和抗剪腹板構(gòu)成的主承力部件都控制著葉片整體剛度和極限強度。因此,本文提出從子構(gòu)件尺度進行風電葉片結(jié)構(gòu)失效分析,以主承力部件和葉片翼型段作為研究對象,圍繞葉片結(jié)構(gòu)失效機理、參數(shù)評估、失效預測及三維建模技術(shù)展開試驗和數(shù)值研究。根據(jù)大型風電葉片主承力部件的結(jié)構(gòu)特點和成型工藝,設計并制造了箱型截面承力梁結(jié)構(gòu),以此試件為代表開展試驗和數(shù)值研究。承力梁由層合板梁帽和三明治腹板通過結(jié)構(gòu)膠粘接成型,并在梁帽設計中考慮了不同厚度和分層缺陷。承力梁破壞性試驗研究中,分別開展了揮舞方向和擺振方向下的三點彎曲極限靜力加載,考察了多種失效行為隨著加載歷程導致最終結(jié)構(gòu)破壞的完整失效順序,并為后續(xù)數(shù)... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：142 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２每年每臺風電機組的主要部件更換頻率??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｒｅｐｌａｃｅｄ?ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｍａｊｏｒ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｐｅｒ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｐｅｒ?ｙｅａｒ??

?—＾ＩＢｍｂＢＩＩｂＢ??年份??圖１．１?２００５？２０１８年中國風電新增及累計裝機容量［６，７】??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｎｅｗ?ｉｎｃｒｅａｓｅｄ?ａｎｄ?ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｃａｐａｃｉｔｙ?ｏｆ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ?ｄｕｒｉｎｇ?ｔｈｅ??ｙｅａｒ?ｏｆ?２００５?ｔｏ?２０１８??０．０３０????年?０．０２５?Ｉ?ｊ??平?０．０２０?｜??Ｓ?°－０１５?Ｉ?Ｉ?ｒ?????換?０．０１０?｜??Ｉ?°－００５??〇．〇〇〇?＿■＿■＿■＿＿■＿■＿＿■＿＿ｍ＿??葉發(fā)齒?偏轉(zhuǎn)機?配變塔??片電輪航子艙?電壓筒??機?箱系?柜器??統(tǒng)??圖１．２每年每臺風電機組的主要部件更換頻率??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｒｅｐｌａｃｅｄ?ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｍａｊｏｒ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｐｅｒ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｐｅｒ?ｙｅａｒ??風電葉片是捕獲風能最重要的部件，其質(zhì)量可靠性是保證機組安全高效運行??的決定因素。為了提高發(fā)電效率，風電機組往往處于氣候變化多端、環(huán)境因素復??雜的高山、荒原和海洋，葉片經(jīng)受極端風況而出現(xiàn)故障和損傷的概率比在普通環(huán)??境下更高。葉片的設計壽命通常為２０年，葉片在服役期間會不可避免地產(chǎn)生累??積損傷、抗力衰減和材料退化，這對它生命周期內(nèi)的結(jié)構(gòu)可靠性提出了更多挑戰(zhàn)??［１Ｑ］。近年來，大型風電葉片的破壞事故頻頻發(fā)生，如圖１．３所示［ｕ＿１３］，葉片安全??問題己成為制約風電機組向更大功率發(fā)展的重要瓶頸之一。??葉片是風力發(fā)電機的關(guān)鍵部件之一

性能）的主要承力部件是由梁帽和抗剪腹板構(gòu)成的箱型或工字的主梁結(jié)構(gòu)（或稱??承力梁），而其他的非承力殼體主要提供葉片的氣動外形，大型風電葉片的一般??構(gòu)造特點如圖１．７所示。要研宄風電葉片的破壞機理，實質(zhì)上在于研究葉片承力??梁的破壞機制和規(guī)律。此外，由于風電復合材料葉片的外形復雜且材料多樣，使??得葉片的結(jié)構(gòu)破壞分析很難建立統(tǒng)一的規(guī)律。因此，有必要以中尺度的承力梁子??構(gòu)件為切入點，針對葉片具有的一般性結(jié)構(gòu)特征和典型材料，對葉片承力梁失效??機理進行系統(tǒng)全面的研究，從本質(zhì)上解釋破壞現(xiàn)象，揭示普適性的破壞規(guī)律。由??此，為下一步建立全尺寸葉片破壞的核心評估與預測方法提供可靠的理論依據(jù)，??為大型、輕量和海上風電機組的葉片安全及可靠性設計提供準確的科學指導。??（減臟?Ｉ??＼?非承力殼體???／－—ｒ??主承力部件??圖１．７現(xiàn)代大型風電葉片的一■般構(gòu)造特點??Ｆｉｇｕｒｅ?１．７?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｆｅａｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｍｏｄｅｍ?ｌａｒｇｅ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｂｌａｄｅｓ??１．２風電葉片結(jié)構(gòu)失效國內(nèi)外研究現(xiàn)狀??１．２．１全尺寸葉片研究現(xiàn)狀??風電葉片是由氣動外形殼體和內(nèi)部承力構(gòu)件組成的中空復合材料結(jié)構(gòu)。隨著??風電機組的大型化發(fā)展和結(jié)構(gòu)尺寸的持續(xù)增長，大型風力發(fā)電機葉片呈現(xiàn)出比以??往中小型葉片更加復雜的失效模式［３６］。特別是，大型與中小型風力發(fā)電機葉片具??有不同的結(jié)構(gòu)設計和載荷條件

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]大型風電葉片結(jié)構(gòu)設計方法研究[D]. 馬志勇.華北電力大學（北京） 2011



本文編號：3402234