《大型風電葉片複合材料損傷性能的實驗研究及雜交分析》是依託天津商業大學，由王懷文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大型風電葉片複合材料損傷性能的實驗研究及雜交分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王懷文
- 依託單位：天津商業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
風能作為一種潔淨的可再生能源，越來越受到人們的重視。風力發電系統最關鍵、最核心的部件之一是風機葉片，葉片結構和材料決定風機的性能和功率。本項目提出對複雜條件下大型風機葉片複合材料(尤其是玻璃纖維增強環氧樹脂基體的高分子複合材料)損傷性能進行研究，擬通過實驗研究和數值模擬手段，系統研究在不同環境條件下(溫度和濕度)和不同載荷(靜荷載及疲勞載荷)下纖維增強複合材料的損傷演化過程和機制，在此基礎上，將實驗結果和數值模擬相結合進行雜交分析，進一步建立葉片複合材料的疲勞損傷模型。從而提出大型風機葉片複合材料損傷力學性能的關鍵控制指標，提出風機葉片材料疲勞壽命的預測方法，得到大型風機葉片複合材料力學性能的評價模型，形成相應評價方法。
結題摘要
對大型風電葉片複合材料的損傷力學性能進行了詳盡的實驗和數值模擬研究。具體的來說：（1）對纖維增強複合材料的彈性力學性能進行了實驗研究、理論分析和數值建模，系統研究了GFRP在單軸載入條件下的力學性能及其隨纖維方位角的關係，三種方法的研究結果相吻合。結果表明，纖維增強複合材料的彈性模量依賴於纖維的方向角。在纖維方向上的彈性模量最大，隨著纖維的傾斜，材料的彈性模量出現了先減小後增大的趨勢。（2）利用有效界面理論對納米增強複合材料的彈性性能進行了研究。編制了可用於自動化生成納米顆粒增強複合材料三維單胞模型的軟體。通過參數控制，可控制生成的模型是否包含界面，界面是否搭接，界面層可以包含幾個子層，也可以控制生成的納米顆粒形狀（球形、橢球形、圓柱形或者圓餅形）。利用生成的模型，對納米增強複合材料的界面性能、顆粒大小、顆粒形狀、顆粒體積百分比等因素對複合材料力學性能的影響進行了定量研究。（3）對玻璃纖維增強環氧樹脂基體複合材料的損傷演化進行了數值模擬。建立了多個不同的損傷模型，比如：單纖維無界面模型，單纖維含纖維/基體界面模型，單纖維含纖維裂紋、界面、基體裂紋模型，多纖維單損傷層模型以及多纖維雙損傷層模型等。（4）對自修復複合材料的損傷力學性能進行了研究。研究結果表明，如果該種複合材料內部出現了裂紋，靠近膠囊的裂紋往往易於擴展，同時，膠囊內部也有損傷發生並形成了裂紋。這兩種裂紋會出現匯交現象，有利於複合材料的自修復功能，即更容易使膠囊中的修復物質流出對材料中的損傷進行修復。通過上述研究，提出大型風機葉片複合材料損傷力學性能的關鍵控制指標，得到大型風機葉片複合材料力學性能的評價模型，形成相應評價方法。研究結果有望對大型風機葉片用纖維增強複合材料的設計和製備提供有益的指導。
