[發明專利]用于風電葉片損傷模式識別的方法

有效

• 申請號: 201911212652.0
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110967251B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 王子菡;張嘉;羅致春;盧毓琪;王新
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/06
• 代理公司: 湖南喬熹知識產權代理事務所(普通合伙) 43262
• 代理人: 安曼

本發明公開了一種用于風電葉片損傷模式識別的方法，對單組份的玻璃纖維、環氧樹脂以及復合層合板[45°]試樣的拉伸損傷過程進行聲發射信號采集與分析，得到單基體斷裂和纖維斷裂的特征頻帶窗口之外的分層擴展信號。通過小波包能譜系數對這三種特征頻帶窗口斷裂模式進行識別，推演分析層合板[45°]鋪層試樣拉伸過程，得到拉伸初期跟后期以基體斷裂和樹脂斷裂為主，中期損傷主要為分層擴展，符合實際拉伸損傷。本發明用于風電葉片損傷模式識別的方法，基于頻帶窗口+小波能譜系數的模式識別法能有效地識別風電葉片的損傷模式，并能對風電葉片材料整個損傷演化過程進行預測。

技術領域

本發明涉及聲發射無損檢測范圍內監測風電葉片損傷模式的表征方法技術領域，具體是涉及一種風電葉片玻璃纖維復合材料損傷模識別的方法。

背景技術

近年來，隨著化石能源等傳統不可再生能源的日益枯竭，發展新能源已經迫在眉睫，風力發電機組主要由風電葉片、塔架、跟發電機組成，風電葉片旋轉發電，作為主要的承力結構件，在常年累月的運行中，面臨著各類復雜的環境，很容易出現損傷。

相關技術中，一般采用定期更換或是人工檢測的方法。但是定期更換葉片不僅不能保證葉片的安全，還會影響正常生產生活用電，維修成本大。而長時間不更換葉片，葉片損傷累積達到嚴重損毀的程度，甚至會發生葉片斷裂的嚴重事故。而早期微小的損傷一般很難察覺。從而導致損傷的擴展，造成嚴重的經濟損失。玻璃纖維復合材料以優異的比強度、比模量和抗疲勞性能，成為風電葉片最常用的材料。作為風電機組重要的部件，風電葉片造價占整機的20％以上，其良好的設計、可靠的質量是決定風電機組性能優劣的關鍵。受到制造工藝等隨機因素影響，風電葉片復合材料難免產生纖維斷裂、缺膠和分層等結構缺陷，這些缺陷在實際靜/動載荷、疲勞等條件作用下，將加劇風電葉片結構損傷的產生、擴展與積累，最終導致其失穩破壞。

目前，對于復合材料層合板結構分層損傷常用的檢測方法有X射線檢測法、超聲波檢測法、聲發射檢測法等。X射線檢測法靈敏度高、檢測結果直觀，但是射線在穿透物質過程中因被吸收和散射而衰減，因此檢測工件的厚度有一定的限制，且X射線對人體有傷害，檢測人員需作特殊防護，實驗成本較高；超聲波檢測法是利用超聲波對各種材料的穿透力強，指向性好的特點來檢測構件表面及內部的缺陷，操作簡單、檢測靈敏度高、可精確確定缺陷位置與分布，但是使用該方法通常需要耦合劑，不同類型缺陷要使用不同的探頭，實驗工序繁復；與其他無損檢測技術相比，聲發射技術對被檢工件的接近要求不高，因而適用于其他無損檢測方法難以或無法接近，如高低溫、核輻射、易燃、易爆環境下的檢測，聲發射檢測法對動態缺陷敏感，只需要接收傳感器，但是使用該方法對靜態缺陷不敏感，損傷信號和噪聲信號難以區分。

聲發射檢測法可以實時地反映玻璃纖維材料的健康狀況。聲發射檢測在對服役期間的玻璃纖維材料構件健康評估方面有著廣泛的應用前景。聲發射作為一種動態監測方式，材料或構件在受力過程中產生變形或裂紋時，將會以彈性波的形式釋放應力，從而可以被聲發射設備采集到，信號中含有裂紋的信息，可以對其分析，找出想要的結果。常見的聲發射分析方法包括參數分析法，歷程圖法等，但是只能大概率地估計損傷的發生，而不能對玻璃纖維復合材料常見的損傷模式(如：纖維斷裂、界面分層、基體開裂等)進行模式區分。

復合材料層合板的分層損傷是影響結構承載能力的主要損傷模式，復合材料層合板結構極易在加工、裝配及服役過程中受到低能量沖擊，且在層間產生分層損傷。由于分層損傷往往發生在層合板的內部，在其表面很難通過目視觀察到，所以分層損傷對于復合材料層合板結構是一個不容忽視的具有隱蔽性的安全隱患。綜上所述，對復合材料結構的分層損傷問題進行系統研究，對于復合材料的實際工程結構設計、制造及其維護都具有十分重要的意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種用于風電葉片損傷模式識別的方法，結合頻帶窗口+小波包能譜系數，對風電葉片損傷模式進行區分。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：