[00357223]风电叶片复合材料真空循环灌注及其结构损伤声发射动态监测技术

项目属于树脂基复合材料真空灌注及结构损伤健康监测技术领域，涉及科学技术的普及等基础性工作。真空灌注成型工艺作为一种改进的RTM工艺，随着复合材料产业的飞速发展，已经成为制造风电叶片等复合材料结构的应用趋势。由于普通的真空灌注成型工艺难以适应纤维浸润性较差、较厚的铺层结构，容易出现未浸润区域，导致大量报废，亟待改进传统的真空灌注成型工艺，进一步提高复合材料产品的质量。风电叶片是大型风力发电机组的核心部件之一，受制造工艺等随机因素的影响，风电叶片复合材料结构易发生纤维断裂、分层、缺胶等损伤缺陷。在实际风载和持续旋转疲劳作用下，上述损伤的扩展与积累会造成主体结构的开裂和最终失稳破坏，从而引起停机事故，甚至带来巨大经济损失。项目围绕这些问题进行了深入研究， 成果如下：1、发明一种树脂回流辅助加热复合材料真空灌注方法：采用两个并联的真空罐分别保持真空状态和连接大气状态，并交替进行，使传统真空灌注流出的树脂回流、脱泡后，在大气压的作用下，多次灌入待灌注模具中，实现回流树脂的多次连续灌注，保证纤维浸润性及树脂流动性较差的铺层结构彻底灌透，对复合材料结构灌注质量的提高具有重要意义。 2、揭示了声波在复合材料中的衰减和源定位特性、纤维预断损伤演化声发射特征：风电叶片单向复合材料声发射横向衰减明显高于纵向衰减，且横向声速明显低于纵向声速；风电叶片现场检测中声发射源的精确定位，应综合考虑复合材料的结构和声学特性。与无缺陷试件相比，含纤维预断单向复合材料加载到约60％破坏载荷，卸载阶段和重复加载时产生的声发射信号更明显，且该应力水平下Felicity比下降明显。 3、建立了风电叶片复合材料分层损伤声发射监测方法：利用声发射技术动态监测了风电叶片复合材料分层界面的破坏过程，随分层缺陷面积增加，声发射撞击累积数有上升趋势，声发射相对能量、幅度分布、撞击源定位信号与剪切面高应力区域损伤破坏过程相对应。利用声发射统计观点分析了基于微损伤累积的复合材料Ⅱ型分层演化力学机制，结合声发射信号幅度谱空间动态描述了复合材料分层区域裂尖微损伤累积至宏观破坏的多尺度演化过程，明显表示出分层损伤多尺度相关性及阶段性。 4、建立了风电叶片复合材料胶接损伤声发射监测方法：采用声发射技术动态监测了含缺陷单搭接胶接接头的失效机制与声发射行为，由于缺陷的存在，胶接接头损伤的萌发和扩展所对应较多声发射源发生在胶接层中缺陷的四周，应力集中随着缺陷位置从中心到边缘的移动而增加。 项目成果鉴定达国际先进水平，已在风电叶片复合材料结构疲劳加载声发射监测中得到应用，对风电叶片复合材料灌注质量提升及其结构的早期损伤预报、结构健康监测和服役的可靠性评估具有重要参考价值。