各位領導、各位專家、各位嘉賓，大家好！

我報告的題目是：復合材料結構設計與制造的關鍵技術，這個報告題目也是和組委會商量之后確定的。主要這4個方面內容做一個交流，這4條寫的很多，但其中主要關于風電葉片相關技術發展，這一部分內容揀選出來。

一、研究背景

說到風電葉片，這個會開了十屆，我第一次參加，20年前時我們就與風電行業有接觸，當時我們承擔了550復合材料槳葉的項目，那時候保定地區就有一些葉片廠，我們與他們做了一些交流。與當時的情況比，今天從裝機容量到葉片直徑上都有了巨大的進步，這些進步從今天來看還是有賴于復合材料高水平的應用。

復合材料可以說是一個最完美的材料，對于葉片來說。它的這些性能和葉片設計和使用要求相對來說有非常完美的匹配，剛才各位領導也說復合材料應用現在已經進入成熟期，盡管我們取得了很偉大的成就。但面對我們國家風電新的發展形勢，我們還是面臨著發展的壓力，技術方面還有一些突破的可能性和突破的空間，后面我就圍繞這些方面和大家做一個交流。

二、復合材料設計技術

首先有可能的突破空間就是復合材料的設計技術，傳統的設計準則就是中間這幅圖的三角形面積。（圖示）這幅圖實際上是一個材料性能的設計域，在小三角形范圍內這些點才是我們目前風電葉片所采用的材料性能設計域，也就是說這些點是我們目前可以采用的性能設計點。實際上我們現在復合材料技術發展，包括材料性能發展，以及自動鋪絲等工藝發展完全可以突破傳統的三角形設計限制。突破什么程度呢？我們看設計域的拓展就可以為葉片減重帶來很大的可能性。事實上國際國內已經做了很多這方面的研究，我們有一個4層的板，我們看纖維的鋪設角，傳統的鋪設角度都是0度、正負45度和90度。現在我們就突破這種約束，可以設計成任意角度的鋪層，把鋪層組合起來就形成了最右側的承合板，當然我們有代價，使每個不同角度都有變的，設計成本有一定提升。不管怎么說，我們采用一定的技術以后，實際上可以解決這個難題。如果這個設計準則實現突破的話，可以大幅度減輕復合材料葉片的重量。

（圖示）這個公式大家很熟悉，如果突破9度、45度、95度、正負45度限制，甚至突破對稱均衡限制的話，A的取值范圍會進一步擴大，同時會有B矩陣和D矩陣，實現拉彎耦合。它能帶來什么好處呢？這就是我們的研究成果，采用了變剛度設計方法，纖維束曲線的鋪設。就把加筋板失效的模態控制它，在B的情況下是傳統的設計準則，滿足一定強度情況下它的鋪層是20層，如果采用V1-V6，我們用16、15層就可以達到和20層相對的力學性質，這樣減重降低20%，達到這樣的量級。再是實現了彎扭耦合，提高了它的氣動性能，這樣就可以控制葉片在實際工作中，尤其是復雜風場、大功率情況下的變形，能夠實現最優的氣動外形，這也是突破傳統設計準則帶來的一個好處。再是控制它的固化變形，只要突破對稱均衡的準則，葉片固化變形是很容易控制的。如果要突破它的話付出的代價就是設計變量大幅度增加，這時候要采用一些新的設計手段，尤其是人工智能、機器學習的手段，這方面我們已經做了相關研究，證明確實是可行的。

三、智能結構技術應用

智能結構技術應用說來已經有很長歷史，從航空角度已經有20多年。智能結構其實就是它的探測器、數據處理，以及預警裝置等，實現槳葉一旦出現緊張了我們及早發現。這是我們的研究結果，可以把復合材料內部的典型損傷，以及對力學的性能影響做一個研究，當然通過實驗研究和計算模型進行研究。我們把受力情況下不同損傷狀態板子的響應通過神經網絡記錄下來，就可以實現對葉片損傷的準確預測，這也是我們前期做的一部分工作，效果非常驚人的，它的預測精度能達到95%，也就是說比傳統的預測方法精度大幅度提升。

（圖示）這是聲發射得到的信號和人工智能方法結合起來，探測葉片的損傷，也就是這方面研究一直在做。

（圖示）這是丹麥技術大學智能結構的應用，主要是探測葉片損傷部位在工作時有一個不同的溫度，相當于正常的結構，沒有損傷的結構，損傷部位溫度有一定提升。通過熱成像技術定位損傷，然后把熱成像相關數據通過一套數據處理系統判斷槳葉的損傷。

我們提出的研究方法，只要通過一個簡單的測距系統，因為葉片一旦嚴重損傷之后它的剛度會變化，在正常工作的時候，葉片的姿態和上面點的運動軌跡就會發生變化。我們僅僅是通過監測運動軌跡的變化，就能判斷葉片的損傷，尤其是葉片發生嚴重損傷，臨近損毀的狀態，我們可以把這套系統和葉片這套剎車系統結合起來，就能制止剛才葉輪的圖片，整個損毀狀態就會出現。這套裝置非常便宜，我們預測大概幾萬塊錢就可以裝配這套系統。

四、制造變形控制

變形是完全不可避免的，這是由復合材料本身特點決定的。它的影響因素又特別復雜，所以這方面研究已經做了很多，很多的研究工作。這部分也是我們開展的一部分研究工作，我們從變形原理上做了分析，分成3個分析模塊去處理這個問題。每個模塊又涉及到好多參數，用了這套方法可以比較準確預測固化變形。相對變形來說，我們目前變形測量方法也有很多不科學的地方，我們又提出了一套面對裝配變形的測量方法，也把這套思路用一套軟件做了實現。根據不同的變形，我們可以通過這套虛擬裝配技術，葉片在裝配之前我們就提出一套優化的裝置方案，比如電片的位置、電片的尺寸，以及裝配的次序，甚至吊裝和夾層的位置等，把這些因素結合起來實現葉片的個性化裝配，因為每個葉片變形是不一樣的。

（圖示）這是變形的軟件分析，我們在航空工業幾個大的場所都在用這套軟件做了一些變形分析。它比較突出的兩個作用：一個是鋪層設計時可以減小它的變形，對這種鋪層進行工藝變形的優化設計。另外一旦出現變形時，我們可以自動設定修模的數模，怎么去修復它一下。當然對葉片，可能每個模具進行修模不容易，我們更強調設計階段時盡量減少它的變形。再結合智能化的裝配技術，就可以滿足葉片的高質量制造。

五、維護和損傷檢查

我們飛機也是大量用的復合材料，產品一旦交付了就脫離不了維護和檢查這方面的工作。維護和檢查的這套思路不管在航空工業還是葉片工業，其實是一套思路。首先要發現損傷，判斷對這種損傷的評估，對力學性能的影響，再決定它的修理方法、維護方法等。目前這套檢測方法主要是目視檢測方法，我們現在把這套檢測方法通過圖像識別和機器學習辦法做了一些改進，只要在飛機的翼面，當然對應葉片進行照相就可以了。通過圖像識別的辦法，就可以比肉眼精度更高，能夠發現這些損傷的存在。一旦發現損傷存在之后，我們再通過C掃，當然對葉片來說，這些檢測方法可以結合無人機的技術，進一步確定它的損傷程度。

當然C掃輸出的只是一些圖片，我們把圖片輸入到經過訓練的神經網絡系統里，就可以直接輸出損傷，即時就可以確定損傷對葉片性能的影響，就可以采取相應的措施。比如可以減速甚至停機等，只要檢測就可以馬上得出結論了。我們把這套系統結合到便攜設備中，把軟件和硬件結合起來，只要發現損傷之后就可以直接得出結果，就可以把這套檢測程序完全軟件化，可以和檢測設備結合起來。典型的修理方法，貼補、挖補法都有，我們航空也是用這套方法做的處理。我剛才說的系統直接可以出設計方案，而且我們有一套軟件分析平臺，可以直接把修理方案和評估報告提供出來，我覺得這套研究方法可能對風電發展也會有一定作用。

謝謝大家！