【摘 要】
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叶片是风力发电系统中的关键部件,风力发电技术的快速发展对叶片材料提出了越来越苛刻的要求。具有密度小、比强度/比模量高、抗疲劳性好等优点的CFRP被认为是高性能叶片的理想材料。然而,CFRP的细观构造是一个复杂的多相体系,在材料的制备、加工和使用过程中极易出现孔隙、分层等结构缺陷。这些缺陷将会显著地降低材料的承载力和服役寿命。因此为了提高风电机叶片的服役寿命,避免重大的安全灾害事故,必须对风电机叶片
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叶片是风力发电系统中的关键部件,风力发电技术的快速发展对叶片材料提出了越来越苛刻的要求。具有密度小、比强度/比模量高、抗疲劳性好等优点的CFRP被认为是高性能叶片的理想材料。然而,CFRP的细观构造是一个复杂的多相体系,在材料的制备、加工和使用过程中极易出现孔隙、分层等结构缺陷。这些缺陷将会显著地降低材料的承载力和服役寿命。因此为了提高风电机叶片的服役寿命,避免重大的安全灾害事故,必须对风电机叶片表面及内部进行快速、高效的无损检测。超声导波具有传播距离远、低衰减、对缺陷较敏感等优点。本文基于超声Lamb波的基本理论,并借助ABAQUS有限元软件,模拟了超声Lamb波与CFRP中几种常见缺陷的作用过程,并利用Lamb波与缺陷作用后的反射回波特征,实现对CFRP材料的无损检测。主要研究内容包括:1.Lamb波在固体中的传播规律。在研究Lamb波的基本理论和频散特性的基础上,推导了Lamb波在CFRP中传播的频散方程并进行数值求解,绘制了频散曲线,从而确定了Lamb波激励信号模态的选取。2.不同缺陷特征下Lamb波在CFRP中的传播特性。借助ABAQUS有限元软件模拟了Lamb波与表面及内部凹槽缺陷、内部裂缝缺陷及分层缺陷的作用过程,得到缺陷的深度、宽度、半径、缺陷中心位置引起的反射回波的时域及幅值特征。研究结果表明,将缺陷回波的应力位移幅值以及回波信号的时域特征相结合可判断出缺陷分布的具体情况。3.分层缺陷的定位算法。以多传感器阵列的形式,研究了RAPID成像算法、轨迹定位算法和贝叶斯定位算法的基本理论,绘制了不同损伤中心横纵坐标下的损伤成像图。结果表明,贝叶斯定位算法融合了RAPID算法与轨迹定位算法的优点,定位误差最低。
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