中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在風(fēng)電機(jī)組大型化的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)下，葉片變得更加細(xì)長(zhǎng)，其扭轉(zhuǎn)頻率不斷降低。在大型葉片運(yùn)行的過(guò)程中，低階彎曲模態(tài)常常與扭轉(zhuǎn)模態(tài)相互耦合，葉片受力形式更加復(fù)雜，為葉片結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。圍繞大型葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度這一課題，現(xiàn)有國(guó)際學(xué)術(shù)研究普遍考慮葉片在彎曲荷載下的極限結(jié)構(gòu)響應(yīng)，在研究方法上，還以局部應(yīng)變測(cè)量和破壞現(xiàn)象觀測(cè)為主，研究結(jié)論差異較大，學(xué)術(shù)爭(zhēng)議廣泛存在。
針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所風(fēng)電葉片研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心的研究人員經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的理論分析和周密的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立了宏觀結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象和微觀材料破壞特征的跨尺度定量關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展了國(guó)際上首次大型葉片結(jié)構(gòu)彎扭耦合下全尺度結(jié)構(gòu)的極限破壞試驗(yàn)，全面揭示了幾何非線性、材料非線性和狀態(tài)（接觸）非線性三大固體力學(xué)基本非線性現(xiàn)象在大型葉片結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程中的強(qiáng)耦合相互作用關(guān)系。通過(guò)該項(xiàng)研究，研究人員澄清了空心截面扁平化現(xiàn)象，即Brazier效應(yīng)，不是大型葉片結(jié)構(gòu)破壞的主導(dǎo)因素，指出大型風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)非線性屈曲是驅(qū)動(dòng)整個(gè)破壞過(guò)程的本質(zhì)因素，而接觸非線性則是決定葉片破壞位置和破壞強(qiáng)度的重要外部條件；
同時(shí)，該研究還發(fā)現(xiàn)較小的扭轉(zhuǎn)荷載也會(huì)對(duì)大型葉片結(jié)構(gòu)的破壞模式和后屈曲響應(yīng)產(chǎn)生重要影響，為大型葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)提供了重要理論依據(jù)。
學(xué)術(shù)成果在《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)》（Composite Structures）發(fā)表，研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51405468）和國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃“863”項(xiàng)目(2012AA051303)支持。
圖1 大型風(fēng)電葉片彎扭耦合荷載下全尺度結(jié)構(gòu)破壞試驗(yàn)
圖2 彎扭耦合荷載下大型風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理示意圖
