风力机叶片主梁分层损伤扩展研究

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摘要复合材料层合板的分层损伤是导致风力机叶片结构失效的关键因素。本文基于内聚力理论,建立三维单向板双悬臂梁纯Ⅰ型分层损伤模型,并根据分层特征参数开展含分层损伤的主梁单向板拉伸及压缩的数值模拟研究。针对弯剪耦合载荷工况,对含分层损伤的单向层合板进行损伤预测,探究分层的损伤演变规律及其对主梁单向板极限强度及失效模式的影响。同时,建立含分层损伤的叶片全尺寸模型,分析不同厚度的主梁分层对分层损伤演变失效模式的影响。研究表明,分层长度和位置是决定载荷峰值和起始载荷的关键因素,主梁厚度差异决定局部或全局屈曲形态。

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关键词 ：风力机叶片, 主梁, 分层损伤, 损伤演变, 失效

Abstract：The delamination of composite laminates is a critical factor leading to structural failure in wind turbine blades. This study establishes a three-dimensional double cantilever beam (DCB) model for pure Mode I delamination in unidirectional composite panels based on cohesive zone theory. Numerical simulations are conducted to investigate the tensile and compressive responses of delaminated main spar panels under various delamination parameter settings. Under combined bending and shear loading conditions, a damage prediction analysis is performed on the unidirectional composite laminates with delamination, examining the evolution of delamination and its impact on the ultimate strength and failure modes of the main spar panels. Furthermore, a full-scale blade model incorporating delaminated spars is developed to analyze how variations in spar thickness affect delamination evolution and failure modes. The results demonstrate that both delamination length and position are key determinants of the peak load and damage initiation load, while differences in spar thickness govern whether local or global buckling occurs.

Key words： wind turbine blade main beam delamination damage damage evolution failure

收稿日期: 2025-03-12

作者简介: 刘志文（1989—）,男,内蒙古赤峰人,硕士,工程师,主要从事新能源发电设备技术管理、技术监督、技术服务,重大设备预防,新能源智能运维技术研发和设备智能诊断工作。

引用本文:

刘志文, 苗涛, 周康康, 卢小龙. 风力机叶片主梁分层损伤扩展研究[J]. 电气技术, 2025, 26(10): 23-31. LIU Zhiwen, MIAO Tao, ZHOU Kangkang, LU Xiaolong. Study on the extension of delamination damage in the main beam of wind turbine blades. Electrical Engineering, 2025, 26(10): 23-31.

链接本文:

https://dqjs.cesmedia.cn/CN/Y2025/V26/I10/23

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