CWPC2024：北京鉴衡认证中心有限公司叶片认证部部长胡聪良发表《大型风电叶片高可靠性关键技术及应用》的演讲

各位领导嘉宾下午好，我要分享的题目是：大型风电叶片高可靠性关键技术及应用！

我们都知道近年来风电叶片大型化趋势在加速，目前叶片最长是143米，预计到今年年底或者明年年初即将突破150米。随着叶片越来越长，柔的特性会越来越明显，常规的方法和失效模式验证需要进一步优化和发展。在叶片设计交合的时候，非线性、稳定性考虑到叶片大变形是一种更合理的失效模式验证。另外在科技建模时，采用实体建模方式，考虑厚度发挥的影响是一种精细化的建模方式。实体建模也是后续分段叶片关键的应用技术。

叶片越来越长，风场叶片挂机之后可能出现关节耦合现象，可能导致叶片的颤振。相对于常规叶片静态和疲劳测试，建议大型叶片做一些复杂测试，比如说扭转、弯扭，更符合风场实际运行的工况。另外叶片越来越长，测试周期越来越久，例如120米叶片疲劳测试基本上超过12个月，所以我们也建议采用部件测试进行局部区域测试和优化，这样可以大大缩短叶片设计的周期。另外，可以将部件测试和实体建模相结合，可以对特定区域缺陷进行定性和定量的评估。

叶片越来越长之后，它的质量控制越来越难。相对于常规的解耦控制，采用全过程质量控制可以实现从点到面的质量控制，能够确保叶片所有区域，特别是隐蔽区域质量满足工艺的要求。相对于常规设计方法，我们采用非线性稳定性部件测试，可以确保长柔叶片更高的可靠性。另外技术应用还要和大型叶片风场分析和叶片制造相应分析结合，这样更具有针对性。

我主要分享4个方面：长柔叶片非线性稳定性分析、实体建模与拉挤板部件测试、叶片附加测试、风电叶片全过程质量保证能力。

1、长柔叶片非线性稳定性分析

现行特征值稳定性计算，线性稳定性是以小位移小应变的线弹性理论为基础的，分析中不考虑结构在受载变形过程中结构构形的变化。采用结构初始刚度矩阵（K-λKG）x = 0，对于大变形结构会过高的估计其失稳载荷。

非线性稳定性计算方法，考虑长柔叶片大变形，迭代计算得到不同载荷状态下结构的位移响应，绘制成载荷-位移曲线，预测结构极值失稳载荷。

非线性稳定性计算方法，N—R弧长法将每次迭代结构的载荷增量和位移增量都当作未知量。通过约束方程将两者联系在一起，每次迭代求解该约束方程来获得载荷增量，生成负的载荷增量，形成载荷-位移曲线。非线性分析采用每个载荷步的切线刚度矩阵和约束方程。

（图示）这是整个计算方法的逻辑图。

（图示）这是80米叶片线性和非线性结果对比，中间的图是结果。从中可以看到：非线性稳定性在最小摆振方向的计算结果与线性稳定性相比结果下降28%。随着载荷的增加，载荷与变形已不再保持线性变化，后缘壳体开始出现非线性面外变形。可能使后缘壳体结构受载状态发生改变，从而导致受载失稳。我们建议：80m以上叶片针对最小摆振进行非线性屈曲计算；叶片设计过程中，主梁定位和宽度、腹板等发生变化时，建议增加最大挥舞工况的非线性计算。

2、实体建模与拉挤板部件测试

目前近百米叶片基本上都在应用拉挤板，拉挤板的部件测试可以说是叶片最重要的部件测试之一。常规我们进行拉挤板部件测试主要是静力测试和疲劳测试，除了部件测试还应该将仿真和部件测试相结合。针对拉挤板主梁层间、叶片缺陷以及叶片结构突变等区域，需考虑应变/应力的全三维状态。传统壳单元模型无法适用这些分析，需要建立对应的实体模型进行分析。

实体单元模型，局部模型刚度、强度、稳定性评估；建模速度慢。局部稳定性分析、局部位移分析、局部三维应力应变分析，特别是针对拉挤主梁的层间剪切以及芯材的面外应力。通过预制局部缺陷对叶片中的缺陷进行详细评估。包括但不限于：主梁层间开裂及发白、脱粘、芯材开裂等缺陷。可以按工艺设计细节进行建模，能对结构突变等区域的应力集中进行详细分析。

实体建模，对于叶片中的重要截面以及失效截面，采用实体模型进行分析；可以对结构变化区域进行详细分析。对比分析实体单元与壳单元应力应变差异以及拉挤板层间应力、粘接剂面外应力等。

我们也做了壳单元和实体建模的差异，图中可以看到：主梁差异较小：4.56%。后缘UD差异：19.49%。芯材倒角区域壳体：35.72%。我们建议大型叶片关键区域要开展部件测试，并且将部件测试和仿真进行结合，这些关键区域包括了拉挤板主梁体系、后缘结构体系、复杂结构，如C形口。另外建议公差实体建模影响分析。

3、叶片附加测试

我们知道叶片在批量生产之前应完成全尺寸结构试验，以验证其设计、制造的合理性、可靠性与一致性。常规测试包括：叶片质量、重心和频率测试，叶片静力测试，叶片疲劳测试，叶片疲劳后静力测试。我们建议长柔叶片进行-附加测试，叶片扭转测试，叶片弯扭测试

叶片截面属性测试，修正计算模型，更符合实际运行工况。

扭转测试，叶片越来越长，扭转影响越来越大；验证扭转刚度，验证叶片设计参数是否准确。在叶中或者叶尖区域施加扭矩，测量叶片对应截面的扭转刚度，对Bladed模型扭转刚度相关参数进行修正，获得更精叶片计算模型。

（图示）这是百米叶片的扭转测试。

弯扭测试，长柔叶片实际运行过程中弯扭耦合现象更为突出，可能造成叶片扫塔或者发生颤振。在静力加载过程中通过偏心加载来产生弯扭测量弯曲变形和扭转角度以及应变。对Bladed模型相关参数进行修正，以便更准确的反映叶片在不同载荷下的响应。

截面属性测试，叶片截面属性理论值存在一定偏差，大型叶片建议验证叶片理论参数的准确性，修正叶片截面相关属性。

4、风电叶片全过程质量保证能力

随着叶片越来越大，特别现在降本的压力越来越大，叶片的安全余量越来越小，对于敏感性越来越高。另外叶片本身存在粘接等隐蔽质量缺陷，这些隐蔽质量是非运输复合材料，检测手段也是有限的。所以想要生产一个高可靠性的大型风电叶片也是越来越难了，我们可以采用全面的质量保证能力和高要求工艺设计，通过局部有限区域见证和专项质量保证能力，确保所有区域符合工艺要求。并且在生产过程中保证质量保证能力和工艺要求与生产一致，另外还要将风场失效原因分析和缺陷分析相结合，进行更精准的防控措施。

根据以上逻辑，北京鉴衡认证逻辑推出了风电叶片全过程质量保证统一认证，通过对叶片生产基地的高要求、先进性及专业专项的质量保证能力，线上生产管控等情况，对叶片生产基地进行一个量化的分析。

以上就是我的汇报，谢谢！