风电叶片中制造缺陷的评估与修补研究

论文摘要

纤维增强复合材料由于其良好的力学性能和可设计性,成为了一种很重要的工程材料,在航空航天、造船、汽车、风电等领域得到日益广泛的应用。由于风电叶片成型工艺很复杂,结构复合材料在成型后内部本身就含有各种缺陷,如孔隙、空洞、裂纹等,由于这些缺陷与其周围物质的强度和模量不同破坏了复合材料的力学性能,降低了复合材料结构件的可靠性,因此对复合材料内部缺陷对材料强度影响的评估研究具有重要意义。本文以玻璃纤维/环氧树脂复合材料为研究体系,采用有实验和数值分析相结合方法,研究了复合材料的破坏过程。本文采用Abaqus有限元软件建立了含分层复合材料的三维有限元模型,在分析过程中判断单元损伤并对损伤单元进行刚度折减,最终获得含分层材料的剩余强度。对完好以及含分层缺陷复合材料单向层板试验件进行压缩实验研究,实验结果给出了分层位置和尺寸,对材料压缩性能的影响。研究表明,有限元模拟结果与实验结果具有良好的一致性。本文还对含分层缺陷风电叶片材料进行了修补实验研究,采用挖补修补工艺制作修补试验件并进行力学性能实验,实验结果表明,修补后的风电叶片能满足正常使用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景介绍
• 1.1.1 风电叶片介绍
• 1.1.2 复合材料简介
• 1.1.3 纤维增强复合材料简介
• 1.2 风电叶片中的缺陷研究进展
• 1.2.1 缺陷产生原因
• 1.2.2 缺陷检测
• 1.2.3 缺陷的力学性能评估研究现状
• 1.3 复合材料修补介绍
• 1.3.1 修补方法介绍
• 1.3.3 修补要求
• 1.4 复合材料层板强度计算
• 1.4.1 复合材料强度计算复杂性
• 1.4.2 复合材料强度计算方法
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 各向异性弹性体基本控制方程和强度理论
• 2.1 各向异性弹性力学基本方程和假设
• 2.1.1 基本假设
• 2.1.2 基本方程
• 2.1.3 各向异性材料的本构关系
• 2.1.4 复合材料失效判断准则
• 2.2 分层的本构关系和开裂准则
• 2.2.1 本构关系
• 2.2.2 开裂准则
• 第三章 含分层缺陷复合材料压缩性能实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料基本性能实验
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 试验件成型
• 3.2.3 标准试验件制作
• 3.2.4 材料性能实验
• 3.3 含分层试验件实验件制作
• 3.3.1 试验件成型
• 3.3.2 试验件制作
• 3.3.3 实验设备
• 3.3.4 实验夹具
• 3.3.5 压缩实验
• 3.3.6 实验结果与分析
• 3.4 小结
• 第四章 含分层复合材料力学性能数值模拟
• 4.1 引言
• 4.1.1 Abaqus 有限元软件介绍
• 4.1.2 UMAT 功能介绍
• 4.1.3 强度准则应用
• 4.2 含分层层板有限元分析
• 4.2.1 建模与有限元网格
• 4.2.2 材料定义
• 4.2.3 载荷和边界条件
• 4.2.4 有限元计算
• 4.2.5 计算结果分析
• 4.3 小结
• 第五章 含分层复合材料修补实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 含分层复合材料修理工艺
• 5.3 修补实验
• 5.3.1 修补试验件制作
• 5.3.2 拉伸实验
• 5.3.3 实验结果分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文