CWPC2024：北京鑒衡認證中心有限公司葉片認證部部長胡聰良發表《大型風電葉片高可靠性關鍵技術及應用》的演講

各位領導嘉賓下午好，我要分享的題目是：大型風電葉片高可靠性關鍵技術及應用！

我們都知道近年來風電葉片大型化趨勢在加速，目前葉片最長是143米，預計到今年年底或者明年年初即將突破150米。隨著葉片越來越長，柔的特性會越來越明顯，常規的方法和失效模式驗證需要進一步優化和發展。在葉片設計交合的時候，非線性、穩定性考慮到葉片大變形是一種更合理的失效模式驗證。另外在科技建模時，采用實體建模方式，考慮厚度發揮的影響是一種精細化的建模方式。實體建模也是后續分段葉片關鍵的應用技術。

葉片越來越長，風場葉片掛機之后可能出現關節耦合現象，可能導致葉片的顫振。相對于常規葉片靜態和疲勞測試，建議大型葉片做一些復雜測試，比如說扭轉、彎扭，更符合風場實際運行的工況。另外葉片越來越長，測試周期越來越久，例如120米葉片疲勞測試基本上超過12個月，所以我們也建議采用部件測試進行局部區域測試和優化，這樣可以大大縮短葉片設計的周期。另外，可以將部件測試和實體建模相結合，可以對特定區域缺陷進行定性和定量的評估。

葉片越來越長之后，它的質量控制越來越難。相對于常規的解耦控制，采用全過程質量控制可以實現從點到面的質量控制，能夠確保葉片所有區域，特別是隱蔽區域質量滿足工藝的要求。相對于常規設計方法，我們采用非線性穩定性部件測試，可以確保長柔葉片更高的可靠性。另外技術應用還要和大型葉片風場分析和葉片制造相應分析結合，這樣更具有針對性。

我主要分享4個方面：長柔葉片非線性穩定性分析、實體建模與拉擠板部件測試、葉片附加測試、風電葉片全過程質量保證能力。

1、長柔葉片非線性穩定性分析

現行特征值穩定性計算，線性穩定性是以小位移小應變的線彈性理論為基礎的，分析中不考慮結構在受載變形過程中結構構形的變化。采用結構初始剛度矩陣（K-λKG）x = 0，對于大變形結構會過高的估計其失穩載荷。

非線性穩定性計算方法，考慮長柔葉片大變形，迭代計算得到不同載荷狀態下結構的位移響應，繪制成載荷-位移曲線，預測結構極值失穩載荷。

非線性穩定性計算方法，N—R弧長法將每次迭代結構的載荷增量和位移增量都當作未知量。通過約束方程將兩者聯系在一起，每次迭代求解該約束方程來獲得載荷增量，生成負的載荷增量，形成載荷-位移曲線。非線性分析采用每個載荷步的切線剛度矩陣和約束方程。

（圖示）這是整個計算方法的邏輯圖。

（圖示）這是80米葉片線性和非線性結果對比，中間的圖是結果。從中可以看到：非線性穩定性在最小擺振方向的計算結果與線性穩定性相比結果下降28%。隨著載荷的增加，載荷與變形已不再保持線性變化，后緣殼體開始出現非線性面外變形?？赡苁购缶墯んw結構受載狀態發生改變，從而導致受載失穩。我們建議：80m以上葉片針對最小擺振進行非線性屈曲計算；葉片設計過程中，主梁定位和寬度、腹板等發生變化時，建議增加最大揮舞工況的非線性計算。

2、實體建模與拉擠板部件測試

目前近百米葉片基本上都在應用拉擠板，拉擠板的部件測試可以說是葉片最重要的部件測試之一。常規我們進行拉擠板部件測試主要是靜力測試和疲勞測試，除了部件測試還應該將仿真和部件測試相結合。針對拉擠板主梁層間、葉片缺陷以及葉片結構突變等區域，需考慮應變/應力的全三維狀態。傳統殼單元模型無法適用這些分析，需要建立對應的實體模型進行分析。

實體單元模型，局部模型剛度、強度、穩定性評估；建模速度慢。局部穩定性分析、局部位移分析、局部三維應力應變分析，特別是針對拉擠主梁的層間剪切以及芯材的面外應力。通過預制局部缺陷對葉片中的缺陷進行詳細評估。包括但不限于：主梁層間開裂及發白、脫粘、芯材開裂等缺陷?？梢园垂に囋O計細節進行建模，能對結構突變等區域的應力集中進行詳細分析。

實體建模，對于葉片中的重要截面以及失效截面，采用實體模型進行分析；可以對結構變化區域進行詳細分析。對比分析實體單元與殼單元應力應變差異以及拉擠板層間應力、粘接劑面外應力等。

我們也做了殼單元和實體建模的差異，圖中可以看到：主梁差異較?。?.56%。后緣UD差異：19.49%。芯材倒角區域殼體：35.72%。我們建議大型葉片關鍵區域要開展部件測試，并且將部件測試和仿真進行結合，這些關鍵區域包括了拉擠板主梁體系、后緣結構體系、復雜結構，如C形口。另外建議公差實體建模影響分析。

3、葉片附加測試

我們知道葉片在批量生產之前應完成全尺寸結構試驗，以驗證其設計、制造的合理性、可靠性與一致性。常規測試包括：葉片質量、重心和頻率測試，葉片靜力測試，葉片疲勞測試，葉片疲勞后靜力測試。我們建議長柔葉片進行-附加測試，葉片扭轉測試，葉片彎扭測試

葉片截面屬性測試，修正計算模型，更符合實際運行工況。

扭轉測試，葉片越來越長，扭轉影響越來越大；驗證扭轉剛度，驗證葉片設計參數是否準確。在葉中或者葉尖區域施加扭矩，測量葉片對應截面的扭轉剛度，對Bladed模型扭轉剛度相關參數進行修正，獲得更精葉片計算模型。

（圖示）這是百米葉片的扭轉測試。

彎扭測試，長柔葉片實際運行過程中彎扭耦合現象更為突出，可能造成葉片掃塔或者發生顫振。在靜力加載過程中通過偏心加載來產生彎扭測量彎曲變形和扭轉角度以及應變。對Bladed模型相關參數進行修正，以便更準確的反映葉片在不同載荷下的響應。

截面屬性測試，葉片截面屬性理論值存在一定偏差，大型葉片建議驗證葉片理論參數的準確性，修正葉片截面相關屬性。

4、風電葉片全過程質量保證能力

隨著葉片越來越大，特別現在降本的壓力越來越大，葉片的安全余量越來越小，對于敏感性越來越高。另外葉片本身存在粘接等隱蔽質量缺陷，這些隱蔽質量是非運輸復合材料，檢測手段也是有限的。所以想要生產一個高可靠性的大型風電葉片也是越來越難了，我們可以采用全面的質量保證能力和高要求工藝設計，通過局部有限區域見證和專項質量保證能力，確保所有區域符合工藝要求。并且在生產過程中保證質量保證能力和工藝要求與生產一致，另外還要將風場失效原因分析和缺陷分析相結合，進行更精準的防控措施。

根據以上邏輯，北京鑒衡認證邏輯推出了風電葉片全過程質量保證統一認證，通過對葉片生產基地的高要求、先進性及專業專項的質量保證能力，線上生產管控等情況，對葉片生產基地進行一個量化的分析。

以上就是我的匯報，謝謝！