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研究所大型风电叶片的破坏研究取得重要进展
发稿时间:2014-05-15         作者:陈啸          来源:国家能源风电叶片研发(实验)中心     【字号:

  随着风电机组不断向大型化发展,复合材料叶片的破坏评估与失效预测成为其结构极限性能研究中的重点和难点。迄今为止,对大型叶片的破坏研究大多局限于二维壳体单元的有限元数值分析;在国内外公开报道的全尺度叶片破坏试验研究中,被测叶片的长度尚未超过40米,且叶片结构的破坏模式相对简单。 

  为了分析大型风电叶片结构在极限工作状态下的破坏性能,工程热物理所研究人员针对一款长度为52.3米的叶片进行了复杂载荷历程下的全尺度破坏试验(见图1)。研究人员对叶片过渡段的复杂破坏特征进行了分析,阐明了三维应力状态下大型风电叶片结构的复杂破坏失效模式。 

 1 大型风电叶片破坏性试验测试 

  为进一步揭示该款大型叶片的破坏机理,研究人员建立了一种整体二维、局部三维的有限元建模方法,并结合复合材料渐进破坏分析的数值技术,开发了有限元程序。在此基础之上,研究人员考虑了多种破坏模式在叶片破坏过程中的相互激励因素,以及材料和结构非线性的相互影响,较好地预测了复杂荷载作用下叶片结构的破坏过程和细节特征(见图2) 

 2  叶片破坏模式与破坏特征有限元模拟 

  研究结果表明,复杂荷载的交替循环作用使得叶片复合材料的局部损伤不断扩展,由三维应力分量引起的主梁分层破坏和腹板剪切破坏是导致该叶片丧失承载能力的最终原因,而叶片主梁的局部非线性屈曲变形是加速其分层破坏的重要原因。研究成果阐明了大型、超大型风电叶片结构在复杂荷载下的破坏机理,为风电叶片的破坏失效提供了有效的评估与预测方法。 

  相关研究成果近期已在国际学术期刊Energies上正式发表: Failure Test and Finite Element Simulation of a Large Wind Turbine Composite Blade under Static Loading.Energies. 2014; 7(4):2274-2297. (doi:10.3390/en7042274) 

 
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