风电叶片用结构胶疲劳性能实验与探讨——胡红梅/中心主任

上海康达化工新材料股份有限公司胡红梅/中心主任

　　尊敬的与会嘉宾，大家上午好，由我代表上海康达化工新材料做这个报告，我们成立1988年，2012年成功在中小板上市。我们在风电领域可以提供专业的服务，公司有自己的研发中心和检测中心，检测中心在09年获得了国家认可，并且也已经获得了实验室认可机制。

　　我们在树脂以及复合材料领域可以提供检测服务。我们主要在分析，物理机械性能，疲劳性能等等领域可以提供服务，希望有机会为有需求的单位提供服务。

　　下面我做风电叶片用结构胶疲劳性能实验与探讨的演讲，风电叶片是风电机组最关键的组件之一。随着风力发电机单台功率的不断提高，风电叶片也越来越大，最大长度更长，而且还将变得更长，对原材料、工艺水平和质量可靠性要求也越来越高。在风电叶片设计中，一般都要求风电叶片能满足20年的使用寿命。从风电叶片的应用来看，大型动态结构在其使用寿命内拥有持续且稳定的机械性能是最重要的，风电叶片在非定常载荷作用下的运行特性使其容易发生疲劳破坏，严重影响风电机组安全运行的可靠性。因此用于风电叶片结构粘接的胶粘剂必须具有优异的常规力学性能和耐疲劳性能。

　　为了叶片结构设计和使用的安全性，需要对结构胶粘剂进行疲劳测试。验证结构胶粘剂的耐疲劳性能有多种方法，可直接采用全尺寸叶片疲劳测试，但缺点是叶片试验用时较长且成本代价昂贵；也有在使用夹芯层做试验（基材为玻璃钢、中间层为结构胶）进行拉压疲劳试验。目前，评价结构胶粘剂疲劳性能的通用方法是拉伸剪切模式，参照标准为ISO 9664:1993(E)。本文旨在通过疲劳试验得到耐久极限，并绘制S-N曲线，获取m值，以期了解结构胶的疲劳区域，并在设计中得到参考价值。不同胶层厚度的胶粘剂疲劳耐久极限的变化情况。S-N曲线绘制时选择的表示方式不一样，得到的m值也有差异。我们希望能引起大家的关注。

　　实验部分材料与试验设备，胶有两种，结构胶：康达样；一个是进口胶。层压板：单向布，OCV 生产；树脂是迈图生产。试片尺寸约为100×25×4.5 mm 。主要实验设备：电子万能试验机，INSTRON 3369 ；疲劳试验机，INSTRON 8801 ；电热鼓风干燥箱，众志仪器。试样制备是什么呢？样品养护：（23 ±2） ） ℃ ；（50 ±10 ）%RH。材料标识：清洁粘结面，并标识好粘接区域。混胶：按照重量比100:45 称量合适样品，充分搅拌均匀。制备：涂覆至粘结面（注意排泡），控制厚度至1mm，去除余胶。固化：干燥箱中70 ℃ ℃ 固化8h 。

　　疲劳性能实验条件 为Rτ =0.1，应力幅τa ≥2.0MPa，频率f=30Hz，失效循环次数N F =10⁶。疲劳耐久极限（阶梯法）实验条件 为 Rτ=0.1，应力幅τa≥2.0MPa，频率f=30Hz，失效循环次数N F =10⁶ ，水平间隔d=0.3MPa。采用幂函数形式Sm•N=C计算m值。以上是整个试验过程及试验结果的表征，以同样的方式得到进口样的试验数据及试验结果，两种产品的数据结果如下图所示。S-N曲线不同的表示方式对m值的影响，对于中高周疲劳试验而言，用幂函数式拟合S-N 曲线更合适；不同的表示方式对m 值影响较大。不同胶层厚度对疲劳性能的影响是 什么？为了进一步验证胶层厚度对疲劳结果的影响，又补充了0.5和 和3.0mm 胶厚的实验。前面1mm 胶厚的两类胶疲劳试验在GL 和客户的见证下进行的。

　　下面进行结论与探讨：

　　1、固定应力比，应力幅越大，材料越容易破坏。

　　2、康达样的平均静剪切强度为17.9 MPa；进口样的平均静剪切强度为18.5 MPa；按照静载荷评价进口样性能略优。

　　3、本次疲劳实验的条件一致，但是进口样的疲劳耐久极限τD (10⁶ ,0.1)及m值均低于康达样，说明康达样的耐动载性能和长期使用性能略优。

　　这个是建议部分：

　　1、 已有相关发表论文表明：根据疲劳试验拟合得到的拟合方程计算耐久极限时的应力水平后进行实验验证，实验结果验证了拟合方程的可靠性。在以后的工作中可进一步开展不同胶层厚度的疲劳情况。2、一般的开展实验用的试样粘结长度为12.5 mm左右，如扩大粘结面实际结果如何？3、疲劳试验结果是特定试验条件下的结果，根据叶片的实际受动载情况，如何选择合适的参数非常重要，希望加以关注。4、静载机械性能是材料的短期表现，如需考虑其长久使用性，需加强关注材料的动载疲劳性。如可行，和环境老化的作用相结合考虑，将更浮现材料的实际使用工况。

　　我的报告结束，谢谢大家！祝大家身体健康，万事如意！