风电叶片分层缺陷演化的力学行为及声发射响应特性研究

【摘要】：近年来,风电在我国清洁能源的开发和利用方面日益受到重视。在实际的工作环境下,风电叶片复合材料制造过程中产生的分层等结构缺陷受载荷作用而产生累积,最终造成风电叶片的损伤破坏。声发射技术对材料结构的动态变化敏感,可以实时监测材料结构的损伤破坏过程。应用声发射技术对风电叶片进行早期损伤发现和预报,缺陷定位等方面的研究已经日益成熟,但对风电叶片复合材料分层缺陷的损伤演化特征及声发射响应特性还缺乏深入的认识。因此,应用声发射技术研究含分层缺陷的风电叶片复合材料的损伤演化过程,对风电叶片的长期正常稳定工作具有重要意义。本文首先对现有的真空灌注工艺进行改良,获得可循环灌注、浸润性良好的真空灌注树脂回流循环系统,制备了[0/0]、[0/45]和[+45/-45]三种层间界面的复合材料I型和II型分层试件,并采用声发射检测技术实时监测试件的破坏过程。通过对力学性能参数分析,界面微结构特征分析,声发射信号特征参量历程图和小波分析,研究了含分层缺陷风电叶片复合材料加载破坏过程的损伤演化特征和声发射响应特性,为风电叶片的结构健康监测提供参考依据。风电叶片复合材料I型分层损伤过程可分为初始阶段、演化阶段和破坏阶段。[0/45]和[+45/-45]复合材料分层试件在分层演化阶段和破坏阶段的声发射幅度信号均多于[0/0]复合材料分层试件,且最高声发射相对能量均高于[0/0]分层试件。风电叶片复合材料II型分层损伤过程可分为预分层裂纹尖端区域微损伤累积和分层不稳定扩展两个基本的过程。[0/0]复合材料分层试件分层界面宏观裂纹不稳定扩展对应较多高幅值、长持续时间的声发射信号;[0/45]和[+45/-45]复合材料分层试件在裂纹尖端区域的微损伤程度更为严重。本文对复合材料I型和II型分层扩展的声发射信号进行小波分析。主要是通过选取合适的小波基得到各层能谱能量和能谱系数,并对最大能谱系数层进行小波重构,通过频谱分析对重构信号进行处理。结果显示:两种破坏模式信号均为突发型信号,且最大能谱系数均在D4层。不同的层间界面和分层损伤类型下,复合材料的层间破坏机理均不同。 【关键词】：风电叶片 复合材料 分层损伤 声发射 小波分析
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 中文摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题来源及研究背景10
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究背景10
• 1.2 声发射技术简介10-14
• 1.2.1 声发射技术基本原理11
• 1.2.2 声发射技术特点11-12
• 1.2.3 声发射信号处理方法12-14
• 1.3 国内外研究和发展现状14-15
• 1.4 课题技术路线及创新点15-18
• 1.4.1 技术路线15-16
• 1.4.2 创新点16-18
• 第2章 复合材料真空辅助树脂回流循环灌注系统18-26
• 2.1 复合材料介绍18
• 2.2 复合材料真空辅助树脂回流循环灌注18-21
• 2.2.1 真空灌注工艺介绍18-19
• 2.2.2 真空辅助树脂回流循环灌注系统19-21
• 2.3 真空辅助树脂回流加热灌注过程21-25
• 2.3.1 真空辅助树脂回流加热灌注准备阶段21-23
• 2.3.2 真空辅助树脂回流加热灌注进行阶段23-24
• 2.3.3 真空辅助树脂回流加热灌注后续阶段24-25
• 2.4 本章总结25-26
• 第3章 复合材料分层损伤演化声发射监测26-30
• 3.1 实验装置26
• 3.2 实验材料与方法26-28
• 3.2.1 实验材料及试件26-27
• 3.2.2 力学加载与声发射监测27-28
• 3.3 本章总结28-30
• 第4章 实验结果与数据分析30-42
• 4.1 风电叶片复合材料I型分层声发射监测30-35
• 4.1.1 I型分层扩展力学性能分析30-31
• 4.1.2 I型分层破坏特征31-32
• 4.1.3 I型分层扩展声发射特征32-35
• 4.2 风电叶片复合材料II型分层声发射监测35-40
• 4.2.1 II型分层扩展力学性能分析35
• 4.2.2 II型分层破坏特征35-37
• 4.2.3 II型分层扩展声发射特征37-40
• 4.3 本章总结40-42
• 第5章 声发射信号分析42-52
• 5.1 小波变换理论42-43
• 5.2 小波分解及能谱分析理论43-44
• 5.3 小波基选取44-45
• 5.4 复合材料I型分层扩展声发射信号分析45-47
• 5.5 复合材料II型分层扩展声发射信号分析47-50
• 5.6 总结50-52
• 第6章 总结与展望52-54
• 6.1 总结52-53
• 6.2 展望53-54
• 参考文献54-60
• 致谢60-61
• 攻读学位期间取得的科研成果61

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