大家好，我來自浙江航飛，本次演講的題目是風電葉片復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，(CMA)中國計量認證，(DNV)認證，具有獨立法人資格的第三方專業檢測機構。公司專注于復合材料與結構的性能檢測、檢驗，試驗件加工、復材制造及相關專業領域的技術開發、技術轉讓、技術咨詢、技術服務。現擁有數十套各類材料和結構檢測試驗設備及機械加工設備，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，同時還具備各類非標試驗的測試方法與技術能力開發。

（圖示）這是我們獲得的資格證書，我們是浙江省高新技術企業，還是浙江大學本科生教學實習基地。這是常規制樣已測設備，還有自主開發的工裝。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）產生分層，分層容易發生在許多結構上。

定義，斷裂韌性是試樣或構件中有裂紋或類裂紋缺陷情形下發生以其為起點的不再隨著載荷增加而快速斷裂，即發生所謂不穩定斷裂時，材料顯示的阻抗值。我們從裂紋產生到結束，所有犧牲的韌性值都是鍛煉韌性，我們研究的是材料已經存在缺陷的情況下，還能承受多大的應力而不至于使裂紋快速擴展到最終發生破壞；關注的是裂紋擴展的這個過程，而不僅僅是發生斷裂的這個結果。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，主要用于質量控制和可靠性評估。開發高性能，高可靠性的產品。沒有產生明顯宏觀塑性的情況下，突然發生的一種破壞；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。

（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生了彎曲的變化，所以需要修正梁把彎曲扭轉修正掉。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生較大撓度。加載塊引入載荷，a/h＜10數據處理可能不正確。

斷裂韌性靜態結果分析，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，現階段拉擠板的應用，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款脫模布二次復合：第一種脫模布發生了脆斷，第二種也發生了脆斷。我們在二次過程中出現了脆斷，怎么解決，我們選擇了常用的幾種材料，雙軸200、連續氈、斜紋布、雙軸600去做，相當于纖維橋接，纖維中間發生了破裂，基板和纖維之間結合力非常好，傾向于我們需要一種破壞。我們在測試過程中發現了利用雙軸600可以更好提高織物的G1C數值，我們就利用雙軸200二次灌注。前面出現的3種脫模布，脆斷也好，數值偏小也好，經過計算值都達到了1200以上，這種應用可以極大提高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值在我們設計過程中是需要考慮的。我們通過分析進一步減少預制裂紋的值，可能由于初始強度過大而直接產生破壞。

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種形態在我們測試過程中對應不同的力值。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生一些樹脂破壞，相當于這個點發生了脆斷，受到力發生樹脂間斷裂，富樹脂引起的。我們最喜歡的是纖維發生橋接，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力。能量釋放率（G）確定分層擴展起始的循環次數（N）。我們計算出了G1C值與循環數的比較，在G1C值需要很大的時候，應力值很小，這個計算的結果。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，也就是應力和裂紋比值，和前面做的3種一樣，有一些關系。不管是人工記錄裂紋值也好，還是通過靜態分析記錄，還是動態分析，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，裂紋擴展非常不穩定，發生快速失效。

4、總結與展望

不同纖維含量對G1C值的影響，纖維含量越高，靜態性能是升高的。在纖維含量較低時，因為層間某部分有富數值導致脆斷，集體樹脂性能不足以支撐整個樣板，也會發生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，更值得我們去關注。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。還有選一些雙軸導流織物，讓克重更小，讓界面更薄，趨近于讓兩個界面結合。新研究的導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！