【速記】2016風電葉片復合材料——風電葉片用結構膠疲勞性能實驗與探討

上?？颠_化工新材料股份有限公司胡紅梅/中心主任

　　尊敬的與會嘉賓，大家上午好，由我代表上?？颠_化工新材料做這個報告，我們成立1988年，2012年成功在中小板上市。我們在風電領域可以提供專業的服務，公司有自己的研發中心和檢測中心，檢測中心在09年獲得了國家認可，并且也已經獲得了實驗室認可機制。

　　我們在樹脂以及復合材料領域可以提供檢測服務。我們主要在分析，物理機械性能，疲勞性能等等領域可以提供服務，希望有機會為有需求的單位提供服務。

　　下面我做風電葉片用結構膠疲勞性能實驗與探討的演講，風電葉片是風電機組最關鍵的組件之一。隨著風力發電機單臺功率的不斷提高，風電葉片也越來越大，最大長度更長，而且還將變得更長，對原材料、工藝水平和質量可靠性要求也越來越高。在風電葉片設計中，一般都要求風電葉片能滿足20年的使用壽命。從風電葉片的應用來看，大型動態結構在其使用壽命內擁有持續且穩定的機械性能是最重要的，風電葉片在非定常載荷作用下的運行特性使其容易發生疲勞破壞，嚴重影響風電機組安全運行的可靠性。因此用于風電葉片結構粘接的膠粘劑必須具有優異的常規力學性能和耐疲勞性能。

　　為了葉片結構設計和使用的安全性，需要對結構膠粘劑進行疲勞測試。驗證結構膠粘劑的耐疲勞性能有多種方法，可直接采用全尺寸葉片疲勞測試，但缺點是葉片試驗用時較長且成本代價昂貴；也有在使用夾芯層做試驗（基材為玻璃鋼、中間層為結構膠）進行拉壓疲勞試驗。目前，評價結構膠粘劑疲勞性能的通用方法是拉伸剪切模式，參照標準為ISO 9664:1993(E)。本文旨在通過疲勞試驗得到耐久極限，并繪制S-N曲線，獲取m值，以期了解結構膠的疲勞區域，并在設計中得到參考價值。不同膠層厚度的膠粘劑疲勞耐久極限的變化情況。S-N曲線繪制時選擇的表示方式不一樣，得到的m值也有差異。我們希望能引起大家的關注。

　　實驗部分材料與試驗設備，膠有兩種，結構膠：康達樣；一個是進口膠。層壓板：單向布，OCV 生產；樹脂是邁圖生產。試片尺寸約為100×25×4.5 mm 。主要實驗設備：電子萬能試驗機，INSTRON 3369 ；疲勞試驗機，INSTRON 8801 ；電熱鼓風干燥箱，眾志儀器。試樣制備是什么呢？樣品養護：（23 ±2） ） ℃ ；（50 ±10 ）%RH。材料標識：清潔粘結面，并標識好粘接區域?；炷z：按照重量比100:45 稱量合適樣品，充分攪拌均勻。制備：涂覆至粘結面（注意排泡），控制厚度至1mm，去除余膠。固化：干燥箱中70 ℃ ℃ 固化8h 。

　　疲勞性能實驗條件 為Rτ =0.1，應力幅τa ≥2.0MPa，頻率f=30Hz，失效循環次數N F =10⁶。疲勞耐久極限（階梯法）實驗條件 為 Rτ=0.1，應力幅τa≥2.0MPa，頻率f=30Hz，失效循環次數N F =10⁶ ，水平間隔d=0.3MPa。采用冪函數形式Sm•N=C計算m值。以上是整個試驗過程及試驗結果的表征，以同樣的方式得到進口樣的試驗數據及試驗結果，兩種產品的數據結果如下圖所示。S-N曲線不同的表示方式對m值的影響，對于中高周疲勞試驗而言，用冪函數式擬合S-N 曲線更合適；不同的表示方式對m 值影響較大。不同膠層厚度對疲勞性能的影響是 什么？為了進一步驗證膠層厚度對疲勞結果的影響，又補充了0.5和 和3.0mm 膠厚的實驗。前面1mm 膠厚的兩類膠疲勞試驗在GL 和客戶的見證下進行的。

　　下面進行結論與探討：

　　1、固定應力比，應力幅越大，材料越容易破壞。

　　2、康達樣的平均靜剪切強度為17.9 MPa；進口樣的平均靜剪切強度為18.5 MPa；按照靜載荷評價進口樣性能略優。

　　3、本次疲勞實驗的條件一致，但是進口樣的疲勞耐久極限τD (10⁶ ,0.1)及m值均低于康達樣，說明康達樣的耐動載性能和長期使用性能略優。

　　這個是建議部分：

　　1、 已有相關發表論文表明：根據疲勞試驗擬合得到的擬合方程計算耐久極限時的應力水平后進行實驗驗證，實驗結果驗證了擬合方程的可靠性。在以后的工作中可進一步開展不同膠層厚度的疲勞情況。2、一般的開展實驗用的試樣粘結長度為12.5 mm左右，如擴大粘結面實際結果如何？3、疲勞試驗結果是特定試驗條件下的結果，根據葉片的實際受動載情況，如何選擇合適的參數非常重要，希望加以關注。4、靜載機械性能是材料的短期表現，如需考慮其長久使用性，需加強關注材料的動載疲勞性。如可行，和環境老化的作用相結合考慮，將更浮現材料的實際使用工況。

　　我的報告結束，謝謝大家！祝大家身體健康，萬事如意！