风力机叶片及材料的判定
风机叶片组成材料

风机叶片组成材料风机叶片是风机的重要组成部分,它直接影响着风机的性能和效率。
在选择风机叶片的材料时需要考虑多个因素,包括材料的强度、耐磨性、耐腐蚀性、重量等。
本文将介绍几种常用的风机叶片组成材料,并对它们的特点和应用进行详细分析。
1. 铝合金叶片铝合金叶片是目前应用最广泛的风机叶片材料之一。
它具有重量轻、强度高、耐磨性好等特点,适用于各种工业风机和通风设备。
铝合金叶片通常采用铝硅合金、铝镁合金等材料制成,具有良好的抗腐蚀性和耐高温性能。
此外,铝合金叶片还可以通过表面涂层或喷涂等方式进行处理,以提高其耐磨性和耐腐蚀性。
2. 碳纤维叶片碳纤维叶片是近年来新兴的风机叶片材料,它具有重量轻、强度高、刚度好等特点,能够有效提高风机的效率和性能。
碳纤维叶片通常由碳纤维复合材料制成,具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性能。
此外,碳纤维叶片还具有良好的导热性能,可以有效降低风机叶片的温度,延长使用寿命。
3. 玻璃钢叶片玻璃钢叶片是一种常用的风机叶片材料,它由玻璃纤维和树脂复合材料制成,具有重量轻、强度高、耐磨性好等特点。
玻璃钢叶片适用于一些特殊环境下的风机,如耐腐蚀、耐高温等要求较高的场合。
此外,玻璃钢叶片还具有良好的绝缘性能和阻燃性能,能够有效提高风机的安全性能。
4. 不锈钢叶片不锈钢叶片是一种常用的耐腐蚀叶片材料,适用于一些特殊环境下的风机,如化工、海洋等领域。
不锈钢叶片具有优异的耐腐蚀性、耐高温性和耐磨性能,能够在恶劣环境下保持良好的工作状态。
不锈钢叶片通常采用316L不锈钢材料制成,具有良好的机械性能和耐蚀性能。
5. 塑料叶片塑料叶片是一种轻质、低成本的风机叶片材料,适用于一些低压、低速的风机。
塑料叶片通常采用聚丙烯、聚乙烯等材料制成,具有良好的耐腐蚀性和耐磨性能。
尽管塑料叶片的强度和刚度较低,但在一些特殊应用场合下,如化学实验室、医疗设备等领域,塑料叶片仍然具有一定的优势。
风机叶片的组成材料对风机的性能和效率有着重要的影响。
风力发电叶片材料

风力发电叶片材料
风力发电叶片是风力发电机的重要部件之一,它们由一种特殊的材料制成,以捕捉风的能量并将其转化为电能。
这种材料是由一种高强度的纤维增强复合材料制成,这些纤维可以是碳纤维、玻璃纤维或者其他强度高且耐候性强的纤维材料。
这些纤维与一种弹性聚合物基质相结合,形成一个坚固且具有一定弹性的叶片结构。
这种材料具有多种优点,例如高强度、低重量和优异的抗风性能。
由于叶片需要长时间暴露在恶劣的环境条件下,这种材料还具有优异的耐候性和耐腐蚀性能。
为了提高叶片的效率,工程师们通常会对叶片表面进行特殊处理,以减少空气摩擦和阻力。
这些处理可以是表面涂层、纹理加工或者其他技术手段,可以有效地提高叶片的气动性能。
风力发电叶片的制作过程包括多道工序,例如纤维预浸料的制备、预制叶片的制作和后续的除气、硬化和整形等工序。
这些工艺都需要精密的操作和控制,以确保叶片的质量和性能符合设计要求。
风力发电叶片的材料是一种特殊的纤维增强复合材料,具有高强度、低重量和优异的抗风性能。
这种材料经过特殊处理,并通过一系列精密的工艺加工,才能成为高效的风力发电叶片。
风力发电机叶片对材料的要求

风力发电机叶片对材料的要求
风力发电一直是重要的清洁能源之一,其在产生巨大电能的同时,也不会产生公害性污染,是国家重点发展能源,而风力发电机叶片正是风能利用的重要一环。
叶片是风力发电机组的重要构件。
它将风能传递给发电机的转子,使之旋转切割磁力线而发电。
为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行,对叶片材料的要求是:
1、密度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能,能经受住极端恶劣条件和随机的负荷(如暴风等)的考验,确保安全运转20年以上;
2、成本低(精确说为分摊到每度电的成本);
3、叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常,传递给整个发电系统的负荷稳定性好;
4、耐腐蚀、耐紫外线(UV)照射和抗雷击性好;
5、维护费用低。
研究人员开发出高耐用热塑性塑料泡沫和复合材料,减轻叶片重量,利于运输、组装、拆卸和回收。
目前研究比较成熟、应用最为广泛的一种复合材料是玻纤复合材料。
该材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛、工艺性好、生产效率高等优点。
风力叶片材料

风力叶片材料风力发电是一种清洁能源,而风力发电机的核心部件就是风力叶片。
风力叶片的材料选择对于风力发电机的性能、稳定性和寿命都有着至关重要的影响。
在选择风力叶片材料时,需要考虑材料的强度、耐久性、轻量化以及成本等因素。
目前,常见的风力叶片材料主要包括玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料和木质纤维复合材料。
玻璃纤维增强塑料是目前应用最为广泛的风力叶片材料之一。
它具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点,而且生产工艺成熟、成本相对较低。
然而,玻璃纤维增强塑料也存在着一些缺点,比如容易受到紫外线和湿气的影响,导致寿命缩短,需要更频繁的维护和更换。
碳纤维增强塑料因其优异的强度和刚度成为风力叶片材料的热门选择。
相比于玻璃纤维增强塑料,碳纤维增强塑料更轻更坚固,能够减轻风力叶片的重量,提高风力发电机的效率。
然而,碳纤维增强塑料的成本较高,加工工艺也更加复杂,需要更高的生产技术和成本投入。
木质纤维复合材料是一种新型的风力叶片材料,在近年来逐渐受到关注。
木质纤维复合材料具有重量轻、抗拉强度高、成本低廉等优点,而且对环境友好,易于回收利用。
然而,木质纤维复合材料的耐久性和抗风压能力相对较弱,需要在材料设计和生产工艺上进行更多的优化和改进。
除了上述的常见风力叶片材料外,还有一些新型材料正在不断被研发和应用于风力叶片中,比如生物基复合材料、金属基复合材料等。
这些新型材料在提高风力叶片的性能和稳定性方面具有潜在的优势,但也面临着成本高、生产工艺复杂等挑战。
综上所述,风力叶片材料的选择需要综合考虑材料的强度、耐久性、轻量化和成本等因素。
不同的材料具有各自的优缺点,需要根据具体的应用场景和要求进行选择。
随着材料科学和制造技术的不断进步,相信未来会有更多更优秀的材料应用于风力叶片中,推动风力发电技术的持续发展和进步。
工业风机扇叶分类

工业风机扇叶分类
工业风机扇叶是提供空气流动的重要组成部分,其分类主要根据以下几个方面:
1. 材料分类:工业风机扇叶的材料主要有金属、塑料、玻璃钢等。
金属扇叶耐用性强,适用于高温、高压和腐蚀环境;塑料扇叶轻便、防腐耐腐,适用于一般的风机使用;玻璃钢扇叶重量轻、耐腐蚀、隔热性能好,适用于一些特殊环境下的使用。
2. 叶片形状分类:工业风机扇叶的叶片形状主要有正弦型、前弯型、后弯型、螺旋型、翼型等。
不同形状的叶片对风机的效率、噪音、流量等都有影响。
3. 叶片数量分类:工业风机扇叶的叶片数量主要有单叶片、双叶片、三叶片等。
叶片数量越多,风机的效率和稳定性越高,但也会增加噪音和阻力。
4. 安装方式分类:工业风机扇叶的安装方式主要有直接安装、立式安装、水平安装等。
不同的安装方式对风机的空间利用、稳定性和安装难度都有影响。
综上所述,选择适合的工业风机扇叶对于风机的使用效果和寿命起着至关重要的作用。
- 1 -。
风力发电机叶片材料的选用

风力发电机叶片材料的选用叶片是风力发电机组的重要构件。
它将风能传递给发电机的转子,使之旋转切割磁力线而发电。
为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行,对叶片材料的要求是:①密度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能,能经受住极端恶劣条件和随机的负荷(如暴风等)的考验,确保安全运转20年以上;②成本(精确说为分摊到每度电的成本)低;③叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常,传递给整个发电系统的负荷稳定性好;④耐腐蚀、耐紫外线(UV)照射和抗雷击性好;⑤维护费用低。
FRP完全可以满足以上要求,是最佳的风力发电机叶片材料。
1.1 GFRP目前商品化的大型风机叶片大多采用玻璃纤维增强塑料(GFRP)制造。
GFRP叶片的特点为:①可根据风机叶片的受力特点来设计强度与刚度风机叶片主要是纵向受力,即气动弯曲和离心力,气动弯曲载荷比离心力大得多,由剪切与扭转产生的剪应力不大。
利用玻璃纤维(GF)受力为主的受力理论,可将主要GF布置在叶片的纵向,这样就可使叶片轻量化。
②翼型容易成型,可达到最大气动效率为了达到最佳气动效果,利用叶片复杂的气动外形,在风轮的不同半径处设计不同的叶片弦长、厚度、扭角和翼型,如用金属制造则十分困难。
同时GFRP叶片可实现批量生产。
③使用时间长达20年,能经受108以上疲劳交变载荷GFRP疲劳强度较高,缺口敏感性低,内阻尼大,抗震性能较好。
④耐腐蚀性好由于GFRP具有耐酸、碱、水汽的性能,可将风机安装在户外,特别对于近年来大力发展的离岸风电场来说,能将风机安装在海上,使风力机组及其叶片经受各种气候环境的考验。
为了提高GFRP的性能,还可通过表面处理,上浆和涂覆等对GF进行改性。
美国的研究表明,采用射电频率等离子体沉积去涂覆E-GF,其拉伸及耐疲劳性可达到碳纤维(CF)的水平。
GFRP的受力特点是在GF方向能承受很高的拉应力,而其它方向承受的力相对较小。
叶片由蒙皮和主梁组成,蒙皮采用夹芯结构,中间层是硬质泡沫塑料或Balsa木,上下面层为GFRP。
风力机叶片材料的选择与评价

以玻璃纤维织物为例 , 采用真空灌注工艺制备各种纤维织物的层压板 , 按相应的 I S O标准进 行测试 ,详细数据要求见表 1 【 l 】 。层压板性能影响因素主要包括施加载荷相对纤维取向的偏
轴角、施加载荷类型、材料局部范围内组分材料 的性能、组分材料的几何结构 以及产品内部
缺陷。
表 1 各种玻璃纤维织物层压板性 能
装在一起 , 合模加压 固化后制成整体叶片。目 前 国内以真空辅助灌注工艺为主,其主要材料
为增强材料 、基体材料 、芯材和胶粘剂。
2 . 1 增 强材料 .
增强材料主要起着承载载荷的作用 ,包括E . 玻璃纤维、s . 玻璃纤维、M. 玻璃纤维、碳纤 维以及超高分子量聚乙烯纤维 、 玄武岩纤维等新型纤维。
低成本 、轻量化 、质量稳定性的需求。
关键词 :风力机叶片;叶片材料;性能要求
1 引 言
叶片是风力发电机 中最基础和关键的部件 ,其 良 好 的设计 、稳定的质量和优越的性能是
保证机组正常运行的重要因素。叶片在工作中要承受风载荷、砂粒冲刷、紫外线照射 、 盐雾 腐蚀等外界因素的作用 ,要求 叶片具有 比重轻 、最佳 的疲劳性能和机械性能,能经受极端恶
选择任何一种纤维织物 ,根据实际生产工艺和叶片设计需要 ,要从以下几个方面考虑 ,
主要包括力学性能和工艺性能:
( 1 ) 外观质量。纤维织物无断丝 、毛丝、杂质 、缺丝和丝束排列不均匀等缺陷。
( 2 ) 铺覆性 。 在 叶片曲面上铺放纤维织物 , 纤维织物在无褶皱 、 不断裂 、 不撕裂 , 纤维
E . 玻璃纤维因其成本低 、适用性强的特点得到大量使用 , 是目 前叶片的主流增强材料 ,
.
8.
叶片制造与检验

(4)缺点 1)属于劳动密集型生产,产品质量由工人训练程度决定; 2)玻纤含量不可能太高;树脂需要粘度较低才易手工操作,溶剂/苯乙 烯量高,力学与热性能受限制; 3)手糊用树脂分子量低;通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康 和安全
2.2 RIM(Reaction Injection Molding-反应注射成型)
导电性,也可以有效地避免雷击对叶片造成的损伤。
几种常用材料与复合材料的比强度和比模量:
材料名称
钢 铝 钛 玻璃钢 碳纤维/环 氧树脂 碳纤维/环 氧树脂 芳纶纤维/ 环氧树脂 硼纤维/环 氧树脂
密度 g/cm3 7.8 2.8 4.5 2.0 1.45
1.6
1.4
2.1
拉伸强度 ×104MPa
10.10 4.61 9.41 10.40 14.71
RIM 示意图
(1)概要 将两种或两种以上的组分在混合区低压(0.5MPa)混合后,即在低 压(0.5-1.5MPa)下注射到闭模中反应成型,此即为工艺过程。若组分 一为多元醇,一为异氰酸酯,则反应生成聚氨酯。为增加强度,可直 接在一种组分内行加入磨碎玻纤原丝和(或)填料。弈也也可采用长纤维 (如连续纤维毡、织物、复合毡、短切原丝等的预成型物等)增强,在 注射前,将长纤维增强材料预先置模具内。用此法可得到高力学性能 的制品。 (2)原材料 树脂:常用聚氨酯体系或聚氨酯/脲混合体系;亦可采用环氧、尼龙、
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
玻璃钢2010年第3期风力机叶片及材料的判定王强华译郭辉校(上海玻璃钢研究院有限公司,上海201404)摘要用于风力机设计和测试的IEC61400系列标准已在过去十几年中建立起来,现已被国际风力机行业认可。
其中,该系列标准包括一个针对设计要求的通用标准IEC61400-1(2005),该设计要求涵盖载荷和安全以及IEC61400-23(2001)中风力机叶片结构型式试验的技术要求。
新型风力机叶片的设计要求材料的判定和结构强度的型式试验。
本文说明了按照这些IEC61400标准如何进行材料判定和型式试验。
解释了针对极限强度设计所要求的拉伸和压缩详细的试样测试。
疲劳试样测试应考虑平均应力在疲劳寿命期内的影响。
在风力机叶片全尺寸疲劳试验中,20年的疲劳载荷谱被转化成一个典型的恒幅等效朝两个方向的疲劳试验,其整个持续时间约4个月。
在确定试验载荷时还讨论了几个需要考虑的问题。
目前IEC61400系列标准中设计和试验的一套方法是基于钢结构设计的一套方法。
但是,现在及可预见的未来,现代风力机叶片几乎只使用复合材料。
当IEC61400标准形成复合材料先进风力机叶片设计的基础时,为了进一步发展IEC61400标准,本文应对其中的一些挑战。
这些挑战包括一些改进的技术要求,如怎样把温度作用和力学载荷结合起来,在控制制造缺陷和瑕疵中寻求更合理的方法。
1引言现代风力发电机组的设计从一开始就受控于独立的认证制度。
最初,这些认证制度在丹麦、德国和荷兰随着这些国家风力机的开发而发展。
其中的每种国家认证制度都有不同的载荷和安全规范,并且对于结构设计和试验有不同的具体要求。
IEC系列国际标准建立于20世纪90年代末,它把这些不同地方的制度合并。
今天,这些IEC标准作为参考文件正用于每个国家的认证设计和试验之中。
IEC还在IECWT01(2001)中提出了一个全面的风力机认证制度。
有关风力机叶片设计和试验的IEC标准是IEC61400-1(2005)和IEC61400-23(2001)。
这些标准涵盖了叶片的一般设计要求和型式试验。
下面几节叙述了这些标准的使用和进一步发展中的几个关键问题。
33342IEC61400-1:设计要求IEC61400-1(2005)标准涵盖了完整的风力机设计载荷。
该设计载荷分为两组:极限载荷和疲劳载荷。
详细说明了这两种载荷是利用气弹性模拟方法来动态模拟风力机不同情景的响应。
极限载荷和疲劳载荷依赖于风力机控制和安全系统的输入,模拟该系统是气弹模拟的一个重要部分。
叶片中弯矩所用的局部参考坐标系统一般沿该叶片的弦线设立。
因此,摆振方向的弯矩导致前缘和后缘产生应变,挥舞方向的弯矩导致叶片上面和下面产生应变。
图1和图2阐明了一个兆瓦级以上的风力机在湍风流中运行中,其叶片根端处挥舞方向和摆振方向弯矩的动态模拟。
图1MW 级风力机运行中其叶片根端处拍动方向力矩Mx图2MW 级风力机运行中其叶片根端处边缘方向力矩MyIEC61400-1(2005)定义一套环境条件,称为风分布。
每套条件包括一个50年一遇的极限风速、风速的频率分布和参考湍流。
IEC61400-1(2005)标准仅对风力机等级规定了极限温度,没有详述温度和气弹响应所产生载荷这两者的综合作用。
采用对样机的载荷测量作为针对该机模拟极限和疲劳载荷的校核。
IEC61400-13(2001)是载荷测量的一个技术规范,也是IEC61400系列标准的一部分。
IEC61400-1中的结构安全要求是以土木工程结构设计中所用的分项安全系数这一传统格式来规定。
在一个通用的基础上规定该要求,并允许钢设计标准用于细节设计。
对于复合材料结构的细节设计,IEC61400-1(2005)的应用程度是非常有限的。
其次,IEC61400-1中针对复合材料的要求已由一个用于风力机叶片设计和制造的DNV标准草案来提供解释。
2.1针对极限载荷的设计对于简单的静态结构,如烟囱,其极限载荷和该结构对极限风速的响应有关系。
当计算其设计载荷时,典型的50年或100年一遇狂风作为特征值用于参考。
对于烟囱,其他极限载荷比如因涡旋脱落而形成载荷,可以通过添加简单的气动装置涡旋扰流器来避开。
当确定简单结构上的极限载荷时,要直接把空气密度对载荷的影响考虑进去。
根据所测风速和针对所测温度及压力的空气密度,计算风压。
风压通过统计处理,推出50年超限值,50年风速从50年压力在一个参考空气压力和温度下确定。
对于风力机,极限风速不是唯一的重要载荷工况。
其他重要的载荷工况包括在风流中带高度湍流运行和叶轮紧急刹车,叶片要突然转向,且弦线取向平行于叶轮轴。
对于风力机,在控制或安全系统带误差的条件是计算极限载荷的基础。
这样的情况可以刹车,叶片不会错误地转向。
用两个叶片刹车将使叶轮上气动不平衡,造成大的载荷。
至于简单结构,空气密度对带有先进控制和安全系统的风力机载荷的影响不能用一个对风速的简单修正来确定。
IEC61400-1对于该影响详述。
相反,它规定针对风力机组的所有载荷引用1.225kg/m3的空气密度。
风力机叶片上的载荷过去根据简单的梁理论,被转化为叶片中的应变。
对于最近兆瓦级叶片的设计,叶片结构中的组成部分更纤细。
这意味着叶片横截面在承受载荷时要变形。
而且,由于最初的屈曲,对缺陷有一个重大的应变敏感性。
正因如此,有限元分析经常被用于计算叶片针对设计载荷的应变。
对一个风力机叶片,有两类极端事件:材料强度被超越以及叶片扰度很大使叶片碰到塔架。
这意味着层合板的刚度和强度对结构安全都很重要。
此外,由于使用了众多材料品种(如碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃纤维增强塑料(GRP)、巴萨芯材和钢质螺栓),必须很好地理解各种不同材料的刚度以及界面强度,确保整个结构中可控的载荷转移。
针对叶片设计的层合板性能测量最近在一个联合工业项目OPTIMAT中已被仔细地检查。
OPTIMA T项目包括对几种层合板的材料刚度及强度进行详细测试,这些层合板用GFRP 和一种特殊环氧树脂系统制备。
详细情况请查阅Janssen,Wingerde等人在2006年发表的相关文献。
Wedel-Heinen,Tadich等回顾了OPTIMAT项目中研究内容,指出针对标准和指南的相关问题。
有关试样刚度和极限强度测量的最重要意见是:(1)强度和纤维体积比紧密相关。
在确定极限强度特征值之前,试验结果应针对纤维体积比进行修正。
(2)用于叶片材料刚度试验的试样几何尺寸不是一个关键问题,只要应变监控是根据安装在试样两面的应变片来对试验装置中的弯曲进行修正。
(3)拉伸和压缩试验中的试样外形不是非常重要,只要能避免压缩试验中试样屈曲,即通过充分的刚度设计防止屈曲。
建议在材料判定项目开始时确定试验的全部范围(包括疲3536劳试验),使不同试验的试样和试验装置的数量尽可能少,只要能保证不同试验系列之间试验结果可进行有意义的对比即可。
(4)应研究潮湿和温度对材料的影响,作为复合材料判定的一部分。
这些影响可能导致强度的急剧下降,特别是压缩中和载荷横穿过纤维时,在该场合树脂及树脂和纤维的界面强度较为重要。
2.2疲劳设计风力机的疲劳载荷是在运行间隔中10个不同的风速下从响应的10分钟模拟计算。
风力机一般是4-25m/s 范围内运行。
在频率短暂事件中(如启动和停止)的载荷也被包括进去。
雨流计数法被用于不连续载荷周期中对单个载荷部件安排连续历史。
每个载荷周期被一个平均值和一个载荷幅度来表示。
对一个风力机20年寿命期的指定风速分布,10分钟模拟中的周期次数根据每个风速间隔的小时数来计量。
载荷周期是对风力机20年寿命期的总结。
其结果以Markov 矩阵表示,它包含针对宽度和平均载荷定义的每个指定载荷间隔的载荷周期次数。
雨流计数法详细细节请见DNV/Riso(2002)。
叶片材料的代表性疲劳强度一般是通过等幅试样试验来确立。
复合材料的疲劳寿命依赖于平均应力和应力宽度。
正常情况下,疲劳强度的试验系列是按照试样在载荷周期中最小应力和最大应力之间不同比例来进行试验。
该比例被称为R 值。
对每个R 值,通过在不同的应力幅度处测试,可以建立起应力幅度(S )对周期至失效的次数(N)的图。
疲劳性能因而通过S-N 平均曲线和分布来表征。
一般而言,S-N 数据表示一种线性关系,如图3所示,logS 对logN作图。
图3等幅载荷周期和对一个特定R 值的S-N 图用于设计的特征S-N 曲线按照95%的生存概率和95%的可信度制作。
请见DNV (2006)。
对于运行中风力机叶片,其典型的R 值依赖于位置,请见图1和图2。
对于叶片的迎风面,拉伸应力占主导,背风面是压缩应力占优势。
前、后缘与面相比,平均载荷不占优势。
为了用图表示以R 值和应力幅度为函数的特征疲劳寿命,画出等寿命图。
等寿命图被用于内插R 值,它们不是试样试验的一部分。
图4和图5展示OPTIMA T 项目中用于单向(UD )层合板的等寿命图。
图4指试样试验,其载荷施加于纤维方向,图5指横向施加于纤维方向的载荷。
1周期S-N 曲线37图4OPTIMA T项目中受径向载荷的单向材料的等寿命图图5OPTIMA T 项目中受横向载荷的单向材料的等寿命图Miners 规则假设所有的应力周期引起相同的损伤增长,并且当累积损伤超过一定的值,就发生疲劳破坏。
采用Miners 规则,等寿命图可用于图示一个应力周期中部分损伤。
用Markov 矩阵作为设计寿命期内载荷周期的图示,用等寿命图作为应力循环的部分损伤的图示,根据Miners 规则通过简单累加设计寿命期内的损伤即可计算出设计寿命期内的累积疲劳损伤。
参考文献见DNV/Riso(2002)。
从上述介绍中,行业中普遍所采用的疲劳设计方法和最初建立用于钢结构的方法相似。
它包括3种基本组成部分:(1)雨流计数法(2)采用等寿命图计算部分损伤,该图是以试样的等幅试验为基础发展起来(3)作为两个独立的问题涵盖极限疲劳强度,并且根据疲劳损伤累积,采用Miners 规则,计算疲劳破坏本方法中有几个假设。
这些假设在计算极限强度和疲劳强度时,将导致一种模型上的不确定性。
其中一些假设受到最新OPTIMAT研究项目的详细研究挑战。
(1)等幅试验被不同幅度的试验所取代(2)研究了疲劳中的极限强度对损伤累积的敏感性(3)研究了不同R值的试验相关性单靠OPTIMAT研究较难确立模型不确定性的精确值。
对于损伤积累的模型改良后可以降低部分安全因素,导致优化设计基础的改善。
可以得出结论:对于带有SN图和等寿命图线性的疲劳寿命,引入大量的模型不确定性是非常容易的。
在R值和应力宽度值下测试试样很重要,它们对计算叶片结构的疲劳寿命较为关键。
除了OPTIMAT研究项目中研究的问题外,上述过程假设试样强度代表复合材料结构中的层合板强度。