大家好，我來自浙江航飛，本次演講的題目是風電葉片復(fù)合材料及斷裂韌性影響因素研究。

我的分享分為4個方面：

1、企業(yè)介紹

浙江航飛成立于2011年12月，是通過中國合格評定國家認可委員會（CNAS）認可和授權(quán)，(CMA)中國計量認證，(DNV)認證，具有獨立法人資格的第三方專業(yè)檢測機構(gòu)。公司專注于復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)的性能檢測、檢驗，試驗件加工、復(fù)材制造及相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)。現(xiàn)擁有數(shù)十套各類材料和結(jié)構(gòu)檢測試驗設(shè)備及機械加工設(shè)備，可按照國標、美標、歐標、國際ISO等標準方法開展材料樣件的加工與測試服務(wù)，同時還具備各類非標試驗的測試方法與技術(shù)能力開發(fā)。

（圖示）這是我們獲得的資格證書，我們是浙江省高新技術(shù)企業(yè)，還是浙江大學本科生教學實習基地。這是常規(guī)制樣已測設(shè)備，還有自主開發(fā)的工裝。同時我們做了螺栓和螺栓套的疲勞試驗，還有500千牛龍門架的實驗臺，不超過5000千牛，還有低于10米的實驗臺。

2、斷裂韌性測試背景

因為FRP具有高比強度和高比模量廣泛應(yīng)用于制作風機葉片，這些材料在相鄰層之間受載荷（交變載荷、壓縮等）產(chǎn)生分層，分層容易發(fā)生在許多結(jié)構(gòu)上。

定義，斷裂韌性是試樣或構(gòu)件中有裂紋或類裂紋缺陷情形下發(fā)生以其為起點的不再隨著載荷增加而快速斷裂，即發(fā)生所謂不穩(wěn)定斷裂時，材料顯示的阻抗值。我們從裂紋產(chǎn)生到結(jié)束，所有犧牲的韌性值都是鍛煉韌性，我們研究的是材料已經(jīng)存在缺陷的情況下，還能承受多大的應(yīng)力而不至于使裂紋快速擴展到最終發(fā)生破壞；關(guān)注的是裂紋擴展的這個過程，而不僅僅是發(fā)生斷裂的這個結(jié)果。斷裂韌性是表征材料阻止裂紋擴展的能力，是衡量韌性好壞的指標，主要用于質(zhì)量控制和可靠性評估。開發(fā)高性能，高可靠性的產(chǎn)品。沒有產(chǎn)生明顯宏觀塑性的情況下，突然發(fā)生的一種破壞；事先沒有明顯的跡象，所以破壞的危險性很大。

3、斷裂韌性測試分析

我們根據(jù)裂紋體變形情況將裂紋分為3種模式：

張開型（I型）裂紋：或稱拉伸性裂紋，此種為最危險，最重要的一種。類似于葉片在揮舞過程主梁下半部分，大規(guī)模都是這種破壞模式。

滑開型（II型）裂紋：或稱剪切型裂紋，類似于主梁上半部分。

撕開型（III型）裂紋，類似于葉片的扭轉(zhuǎn)。

（圖示）斷裂韌性裂紋計算分為：修正梁理論、柔度標定法、修正柔度標定法。

實驗測試過程，大家可以輕易看出在測試過程中擠板發(fā)生了彎曲的變化，所以需要修正梁把彎曲扭轉(zhuǎn)修正掉。要求厚度是30-50毫米，不超過13um的薄膜。低彎曲模量或者高層間斷裂韌性材料，增加鋪層數(shù)量（增加層壓板厚度）或減少分層長度，以避免試樣的懸臂部分產(chǎn)生較大撓度。加載塊引入載荷，a/h＜10數(shù)據(jù)處理可能不正確。

斷裂韌性靜態(tài)結(jié)果分析，樣品的層間性能取決于基體性能，影響因素包括：基體樹脂、纖維體積含量、灌注方向等，通過定量研究對比結(jié)果的影響。不同體積含量G1C，層合板1纖維含量約57%，層合板2纖維含量約53%。不管是高纖維材料還是零度灌注，都會保證纖維體積含量越高，提高G1C值。不同灌注方向G1C，灌注方向為90°方向，灌注方向為0°方向。

（圖示）不同樹脂G1C，不同基板厚度G1C，現(xiàn)階段拉擠板的應(yīng)用，葉片是用二次粘貼，所以說不管是界面還是效果來說，都對力學性能有非常大的影響。我們現(xiàn)在通過不同因素定量分析，我們選用常用的3款脫模布二次復(fù)合：第一種脫模布發(fā)生了脆斷，第二種也發(fā)生了脆斷。我們在二次過程中出現(xiàn)了脆斷，怎么解決，我們選擇了常用的幾種材料，雙軸200、連續(xù)氈、斜紋布、雙軸600去做，相當于纖維橋接，纖維中間發(fā)生了破裂，基板和纖維之間結(jié)合力非常好，傾向于我們需要一種破壞。我們在測試過程中發(fā)現(xiàn)了利用雙軸600可以更好提高織物的G1C數(shù)值，我們就利用雙軸200二次灌注。前面出現(xiàn)的3種脫模布，脆斷也好，數(shù)值偏小也好，經(jīng)過計算值都達到了1200以上，這種應(yīng)用可以極大提高G1C值。我們又對常用免脫拉擠板、有脫拉擠板進行測試，免脫拉擠板一定程度上可以減少成本、提高效率，相對G1C值在我們設(shè)計過程中是需要考慮的。我們通過分析進一步減少預(yù)制裂紋的值，可能由于初始強度過大而直接產(chǎn)生破壞。

我們在前面找到好多種界面破壞，破壞之后我們用一些顯微鏡對表面進行分析，有4種形態(tài)在我們測試過程中對應(yīng)不同的力值。一種是灌注，表面很光滑，這種更類似于我們做免脫模拉擠板，雖然沒有脆斷，結(jié)合力很小，上面有很淺的紋，這兩種都是我們不希望的破壞模式。我們在做的過程中表面會發(fā)生一些樹脂破壞，相當于這個點發(fā)生了脆斷，受到力發(fā)生樹脂間斷裂，富樹脂引起的。我們最喜歡的是纖維發(fā)生橋接，在纖維之間去破壞。

（圖示）斷裂韌性的疲勞測試，為什么要進行疲勞測試，因為分層敏感性是造成復(fù)合材料層壓最主要的弱點之一，而且G1C抗裂紋擴展能力，特別是載荷和周期性應(yīng)力。能量釋放率（G）確定分層擴展起始的循環(huán)次數(shù)（N）。我們計算出了G1C值與循環(huán)數(shù)的比較，在G1C值需要很大的時候，應(yīng)力值很小，這個計算的結(jié)果。還有斷流人性疲勞測試，我們在做G1C疲勞時需要一個柔度值，也就是應(yīng)力和裂紋比值，和前面做的3種一樣，有一些關(guān)系。不管是人工記錄裂紋值也好，還是通過靜態(tài)分析記錄，還是動態(tài)分析，都類似于一條擬合的直線。通過我們分析可以看出來，在裂紋擴展過程中會處于三個階段：一是低疲勞值；二是裂紋穩(wěn)定增長，呈線性破壞；三是G1C到達一定的值，裂紋擴展非常不穩(wěn)定，發(fā)生快速失效。

4、總結(jié)與展望

不同纖維含量對G1C值的影響，纖維含量越高，靜態(tài)性能是升高的。在纖維含量較低時，因為層間某部分有富數(shù)值導(dǎo)致脆斷，集體樹脂性能不足以支撐整個樣板，也會發(fā)生G1C值破壞，這個疲勞值會在樹脂多的時候破壞，樹脂低的時候也會破壞，更值得我們?nèi)リP(guān)注。我們做了這么多研究，怎么提高G1C值，在完全浸潤的情況下盡量讓體積含量升高；90度灌注效果更好，90度灌注情況下可以讓樹脂浸潤性保持一致性。還有選一些雙軸導(dǎo)流織物，讓克重更小，讓界面更薄，趨近于讓兩個界面結(jié)合。新研究的導(dǎo)流板可以增加灌注效果，而且本身力學性能非常好，增加G1C值。還有測試過程中基于一些高模量，讓形變量更小，也可以讓G1C值更真實。其實對于我們測試過程中可以升高溫度，這樣的話可以讓樹脂粘度降低，可以讓浸潤時間更長，可以增加粘接力。包括延長恒溫，讓浸潤時間更長，也可以增加粘接力。

我的報告就到這里，謝謝大家！