CWP2025-5 叶片精细化部件测试和结构优化设计20251021-刘立华.pdf

1、叶片精细化部件测试和结构优化设计中车株洲所2025年10月第一部分叶片大型化的问题与挑战第二部分精细化子部件测试CATALOG第三部分基于部件测试的结构优化2目 录PART 1叶片大型化的问题与挑战叶片大型化的问题与挑战2010年2015年2020年2025年50m60m90m150m+10m+30m+60m问题最近5年，叶片加速向大型化发展。试验方面试验方面 叶片结构的试验验证不充分 未知失效模式增多 仿真计算准确性的试验验证不充分仿真方面仿真方面 仿真计算准确性 扭转载荷下的仿真和测试验证不充分 安全余量降低 扭转刚度计算不准确制造方面制造方面 生产制造难度增加 生产缺陷增多 收缩及变形增

2、大挑战 呼吸效应加剧导致面外变形 气弹稳定性带来的载荷工况更加复杂 新材料的使用产生新的失效模式叶片大型化的问题与挑战生产缺陷：叶片大型化使得生产难度增加，生产缺陷增多梁边树脂拉挤板间、大梁与芯材间间隙过大，产生富树脂。褶皱叶根铺层垂直高度大，铺层厚，容易产生褶皱抗模大叶片合模间隙难控制，容日产生抗模。缺胶封闭性缺胶现象普遍，无损探伤图谱识别跟不上生产需求。叶片大型化的问题与挑战6腹板粘接失效模式壳体及三明治失效腹板开裂后缘粘接失效粘接处的受力状态复杂，呈现不同模式的失效。大叶片三明治结构经常出现不同模式的结构失效（剪切疲劳、芯材面外剪切等）。腹板在剪切和拉压力作用下出现不同形态的裂纹。后缘区

3、域结构复杂，产生不同形式的失效。失效模式的不确定性：由于结构的复杂性及载荷的增加，叶片结构产生不同形式的失效叶片大型化的问题与挑战7由于叶片导致的风机倒塔问题频发叶片大型化的问题与挑战820年叶片结构设计演变：基本结构形式无显著变化，只有局部创新结构评估内容无大的变化，安全系数细化和选取自由度有提升。设计标准叶根打孔到螺栓套，半碳半玻大梁，后缘腹板支撑。结构形式PET，高模及超高模玻纤，玻纤碳纤拉挤板。材料GE、Vestas和Siemens-Gamesa很早建立了基于部件测试、仿真计算和风场应用经验上的设计准则。最近5年，国内整机和叶片企业开始重视和逐步进行部件级测试，但是测试结果在结构设计和

4、优化上的应用尚不成熟。国内外差距各家逐步建立超认证标准要求之外的设计准则，大多建立在风场和全尺寸试验失效案例经验基础上。设计准则无大的变化，工具自动化程度有一定提升。计算校核方法和工具PART 2精细化子部件测试精细化子部件测试10FF芯材大梁大梁部件测试需求来源仿真计算无法满足结构可靠性评估新结构形式风场质量问题原因分析生产制造缺陷评估未知结构失效模式探索 计算仿真不能完全识别出结构失效，且存在仿真不准确问题 通过精细化部件测试获得结构子部件的承载水平 部件测试对新结构形式进行预先评估，加速结构创新过程精细化部件测试可以提升叶片结构可靠性制造缺陷的影响11褶皱:不同高宽比的性能折减评估粘接扛

5、模：不同扛模程度下粘接性能评估粘接缺陷：不同缺胶位置及缺胶比例下性能折减评估富树脂：富树脂对结构部件的强度评估（特别是疲劳）浸润不良：浸润不良缺陷的性能评估非标维修：非标维修情况下的强度恢复水平评估粘接部件12剪力流计算不能满足实际载荷工况粘接是叶片结构重要组成部分，仿真计算不充分需要部件测试验证不同粘接方式的承载能力差异大粘接法兰及铺层设计的承载能力差异螺栓套及螺栓连接13通过部件测试验证仿真计算方法和假设条件；评估不同叶根结构形式下，载荷在叶根的传递路径。仿测对比模拟实际载荷工况结构过渡的影响根据叶根实际受载情况，进行复合加载测试验证。测试验证叶根结构变化及刚度过渡情况下的叶根承载能力。P

6、ART 3基于部件测试的结构优化腹板粘接缺胶评估15粘接缺胶大幅降低承载能力缺胶位置影响承载力的降低05101520253035剥离力（KN）侧向力（KN）粘接缺胶承载力评估100%粘接72%粘接螺栓套拔出测试16侧向力显著影响螺栓套拉拔强度，设计需评估侧向载荷影响样品最大拉伸载荷/kN最大横向载荷/kNTB-0189291.3TB-0282083.7TB-0392381.5纵向向加载力F样品最大载荷/KN平均值/KNT-0111041165.66T-021102T-0311