風(fēng)電葉片復(fù)合材料在三點(diǎn)彎曲過(guò)程中的聲發(fā)射研究*

張鵬林，李梅，王汝姣，姜宜成

(蘭州理工大學(xué)省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050)

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風(fēng)電葉片復(fù)合材料在三點(diǎn)彎曲過(guò)程中的聲發(fā)射研究*

張鵬林，李梅，王汝姣，姜宜成

(蘭州理工大學(xué)省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050)

摘要：為研究風(fēng)電葉片復(fù)合材料損傷破壞的聲發(fā)射特性以及復(fù)合材料的力學(xué)性能，對(duì)含有纖維預(yù)斷試件和無(wú)纖維預(yù)斷的完好試件分別進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能試驗(yàn)，并在加載過(guò)程中采用聲發(fā)射檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)損傷破壞過(guò)程。對(duì)采集到的聲發(fā)射信號(hào)處理分析，便可獲得風(fēng)電葉片復(fù)合材料的彎曲力學(xué)性能和損傷破壞的聲發(fā)射特性。試驗(yàn)結(jié)果表明：玻璃纖維復(fù)合材料在彎曲載荷作用下出現(xiàn)典型的破壞特征包括纖維斷裂、纖維/基體脫膠和纖維分層。纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)波形最高幅度達(dá)到2.5 V，頻帶分布在20～300 kHz范圍；無(wú)纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)波形最高幅度為0.07 V，頻帶分布在10～180 kHz之間。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電葉片；玻璃纖維復(fù)合材料；三點(diǎn)彎曲測(cè)試；聲發(fā)射；力學(xué)性能

聯(lián)系人：張鵬林，副研究員，主要從事無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)、無(wú)損評(píng)價(jià)等方面的研究

目前，環(huán)境和能源是人類(lèi)生存面臨的兩大危機(jī)，無(wú)污染、可再生能源的開(kāi)發(fā)迫在眉睫。風(fēng)能作為一種環(huán)保無(wú)污染的新能源，日益受到重視[1]。風(fēng)電葉片是風(fēng)電機(jī)組中最重要的零部件之一，其造價(jià)大于風(fēng)電機(jī)組整體成本的20%，一旦在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)損傷，維修工作異常艱難，因此保證葉片質(zhì)量安全可靠意義重大[2]。目前國(guó)內(nèi)外使用的風(fēng)電葉片都是由玻璃纖維復(fù)合材料制成的，這種材料具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。然而，由于制造工藝的局限性以及實(shí)際操作的誤差等使得葉片內(nèi)常出現(xiàn)纖維斷裂、纖維/基體分層、缺膠等缺陷。再加上葉片在野外惡劣的氣候環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行，難免會(huì)受到拉、壓、彎、扭等復(fù)雜載荷作用，這些載荷的累積將促使葉片結(jié)構(gòu)破壞和玻璃纖維復(fù)合材料損傷的產(chǎn)生、擴(kuò)大與惡化，最終導(dǎo)致風(fēng)電葉片的失穩(wěn)破壞[3-4]。而葉片修復(fù)工作需要消耗大量人力和財(cái)力，而且會(huì)大大降低風(fēng)電機(jī)組的工作效率，因此，尋求有效的檢測(cè)手段并及早發(fā)現(xiàn)葉片的安全隱患非常重要，以便于提前對(duì)葉片進(jìn)行維護(hù)，避免重大事故的發(fā)生。

近年來(lái)，研究者對(duì)葉片采用無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)就是一種檢測(cè)葉片結(jié)構(gòu)缺陷的有效的無(wú)損檢測(cè)方法[5]。聲發(fā)射是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，探測(cè)到的能量來(lái)自被測(cè)物體本身。聲發(fā)射對(duì)線性缺陷敏感，它可以探測(cè)到外加載荷下材料內(nèi)部缺陷的發(fā)展?fàn)顩r，可有效檢測(cè)復(fù)合材料的質(zhì)量水平，評(píng)價(jià)缺陷的實(shí)際危害程度[6]。對(duì)加載過(guò)程中風(fēng)電葉片復(fù)合材料，可使用聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)復(fù)合材料損傷破壞的聲發(fā)射信號(hào)，從而預(yù)防由未知缺陷引起的葉片嚴(yán)重失效，同時(shí)限定系統(tǒng)的最高工作載荷[7]。風(fēng)電葉片復(fù)合材料中的纖維斷裂、基體開(kāi)裂、分層、脫黏等都是重要的聲發(fā)射源，這些結(jié)構(gòu)缺陷的擴(kuò)展特征可以用采集到的聲發(fā)射信號(hào)的幅度、能量、振鈴累計(jì)數(shù)、持續(xù)時(shí)間、電壓有效值(RMS)和上升時(shí)間等聲發(fā)射特征參量以及時(shí)頻特征來(lái)描述，進(jìn)而研究復(fù)合材料的損傷破壞過(guò)程，預(yù)測(cè)復(fù)合材料的最大承載能力，確定其薄弱區(qū)域[8]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些專(zhuān)家采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)風(fēng)電葉片的損傷預(yù)報(bào)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)做了不少研究。P. A. Joose等[9]在風(fēng)電葉片靜力和疲勞測(cè)試中應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)，指出給定通道的不穩(wěn)定聲發(fā)射信號(hào)可以確定損傷區(qū)域，高振幅和高能量事件預(yù)示葉片失效。M. J. Blanch等[10]應(yīng)用模式識(shí)別軟件對(duì)相似葉片進(jìn)行完整度評(píng)估和損傷分級(jí)。但是對(duì)玻璃纖維復(fù)合材料的靜載破壞形式研究較少。為研究玻璃纖維復(fù)合材料靜載破壞的聲發(fā)射特性以及復(fù)合材料的力學(xué)性能，筆者對(duì)含有纖維預(yù)斷試件和無(wú)纖維預(yù)斷的完好試件分別做了三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，并在加載過(guò)程中采用聲發(fā)射檢測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)復(fù)合材料試樣的整個(gè)損傷破壞過(guò)程，然后對(duì)采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行參數(shù)分析和小波分析，從而研究了玻纖復(fù)合材料在彎曲載荷作用下的承載能力和損傷破壞的聲發(fā)射特性。為風(fēng)電葉片復(fù)合材料力學(xué)性能的研究做了大量實(shí)驗(yàn)探索。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原材料

玻璃纖維布：1 200 g/m，多向(纖維方向?yàn)?45°和–45°)：常州宏發(fā)縱橫新材料科技有限公司；

環(huán)氧樹(shù)脂：天津上緯風(fēng)電材料有限公司。

1.2主要設(shè)備及儀器

電子式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)：AG–X型，日本島津公司；

聲發(fā)射儀：SAEU2S型，北京聲華興業(yè)科技有限公司；

單端諧振式傳感器：SR150A型，北京聲華興業(yè)科技有限公司。

1.3試樣制備

在平板模具上鋪設(shè)12層玻璃纖維布，然后真空灌注樹(shù)脂，使樹(shù)脂浸透玻璃纖維布，加熱加壓固化，得到玻璃纖維復(fù)合材料。為實(shí)現(xiàn)纖維預(yù)斷缺陷，在鋪層時(shí)將表面5層纖維剪斷。將制作好的玻纖增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，便可得三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件。所用玻纖增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料由中材科技(酒泉)風(fēng)電葉片有限公司提供，板材厚度為7 mm。玻璃纖維復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣幾何尺寸根據(jù)GB/T 1446–2005設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1　玻璃纖維復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試件的幾何尺寸

1.4試驗(yàn)方法

將三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試件安裝在萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)上，試件跨距為100 mm。傳感器用膠帶固定在試件兩端，傳感器間距為130 mm，傳感器與試件之間用凡士林耦合。試驗(yàn)采用位移控制加載，加載速率恒定，為20 mm/min，連續(xù)加載，直至試件斷裂。試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始加載的同時(shí)采用聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄試件在整個(gè)承載破壞過(guò)程中的聲發(fā)射信號(hào)。加載過(guò)程中，試驗(yàn)設(shè)備的機(jī)械聲和試件與支撐柱之間的摩擦聲作為噪聲信號(hào)，會(huì)對(duì)有效信號(hào)的采集造成干擾，因此需要設(shè)置合適的信號(hào)采集閥值排除噪聲信號(hào)。經(jīng)多次試驗(yàn)測(cè)試，最終設(shè)定信號(hào)采集閥值為50 dB。圖2為玻璃纖維復(fù)合材料試件的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)圖。

圖2　玻璃纖維復(fù)合材料的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)圖

2　結(jié)果及討論

2.1風(fēng)電葉片復(fù)合材料的力學(xué)性能及破壞特征

對(duì)表面5層纖維預(yù)斷試件和無(wú)纖維預(yù)斷的完好試件分別作了三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。圖3為兩類(lèi)試件三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的載荷–撓度曲線。表面5層纖維預(yù)斷試件的彎曲過(guò)程持續(xù)時(shí)間t =133.735 s，最大彎曲載荷Fmax=4.208 4 kN。無(wú)纖維預(yù)斷試件載荷—撓度曲線的彎曲過(guò)程持續(xù)時(shí)間t =168.535 s，最大彎曲載荷Fmax=4.888 8 kN。從載荷–撓度曲線看，兩種試件從開(kāi)始加載到最大載荷的過(guò)程中表現(xiàn)出良好的線性特征。表1給出了表面5層纖維預(yù)斷復(fù)合材料和無(wú)纖維預(yù)斷復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲的力學(xué)性能。分析兩類(lèi)試件的載荷–撓度曲線和彎曲破壞的力學(xué)參數(shù)可知：彎曲加載過(guò)程中，試件上下表面分別受壓縮和拉伸載荷的作用，并且最大應(yīng)力出現(xiàn)在試件表面。在拉伸載荷作用下，下表面纖維斷裂的試件比完好試件先破壞，從而使下表面纖維斷裂試件的彎曲強(qiáng)度和剛度急劇降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，玻璃纖維復(fù)合材料表面纖維斷裂對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能損害很大。

圖3　兩類(lèi)預(yù)斷試件彎曲試驗(yàn)的載荷–撓度曲線

表1　玻璃纖維復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲的力學(xué)參數(shù)

圖4為表面5層纖維預(yù)斷試件和無(wú)纖維預(yù)斷的完好試件的彎曲破壞形貌。

圖4　玻璃纖維復(fù)合材料彎曲破壞的典型形貌

觀察兩類(lèi)試件的斷口形貌可知，材料受拉側(cè)有明顯的纖維拔出現(xiàn)象，而受壓側(cè)斷口比較平整，無(wú)纖維拉拔痕跡。斷口區(qū)域較小范圍內(nèi)還出現(xiàn)了發(fā)白現(xiàn)象，這是由于纖維/基體界面的樹(shù)脂被破壞，從而造成纖維分層現(xiàn)象。根據(jù)試件的斷口形貌特征可以判斷：玻璃纖維復(fù)合材料在彎曲載荷作用下出現(xiàn)的典型的破壞特征包括纖維斷裂、纖維/基體脫膠和纖維分層。

2.2聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)特征

參數(shù)分析法是通過(guò)分析幅度、能量、振鈴計(jì)數(shù)、RMS、持續(xù)時(shí)間等聲發(fā)射特征參數(shù)來(lái)研究材料損傷過(guò)程的一種方法，是一種重要的聲發(fā)射信號(hào)分析方法。本試驗(yàn)的玻璃纖維復(fù)合材料在彎曲過(guò)程中的聲發(fā)射信號(hào)的幅度、RMS、能量與時(shí)間的歷程圖，如圖5～圖7所示，從聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)分布可以看出，玻璃纖維復(fù)合材料在彎曲破壞過(guò)程中的聲發(fā)射過(guò)程可以分為三個(gè)階段。

第一階段在0～20 s，是聲發(fā)射過(guò)程的起始階段。可以看到加載后立即有聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生，不同的是，表面5層纖維斷裂的試件在該階段聲發(fā)射信號(hào)較少，幅值都很低。而無(wú)纖維斷裂試件在10 s以后聲發(fā)射信號(hào)變得豐富，幅度分布在50～100 dB之間；能量最高達(dá)到3.0×103mV·μs；RMS主要分布在1～1.5 mV范圍。這是因?yàn)閺募虞d初期無(wú)纖維斷裂試件的表面應(yīng)力急劇增大，從而使得纖維/基體的界面受到損傷，開(kāi)始出現(xiàn)纖維/基體開(kāi)裂。表面纖維斷裂的試件在該階段尚處于低應(yīng)力狀態(tài)。

第二階段是損傷演化階段，纖維預(yù)斷試件在20～60 s左右，無(wú)纖維預(yù)斷試件在20～40 s左右。隨著應(yīng)力的增加，纖維與基體的界面損傷進(jìn)一步加劇，進(jìn)而演化成為纖維分層，還會(huì)出現(xiàn)少量纖維斷裂。表面5層纖維斷裂的試件在該階段應(yīng)力不斷累積，聲發(fā)射信號(hào)快速增加，幅度主要分布在50～70 dB范圍；能量主要在1 000～1 500 mV ·μs之間；RMS主要分布在1～3.5 mV之間，所有信號(hào)幅值都呈上升趨勢(shì)。無(wú)纖維斷裂試件在該階段信號(hào)異常豐富，幅值也較高，RMS達(dá)到12 mV，幅度主要分布在60～90 dB范圍，能量在1.0×103～22.5×103mV·μs，個(gè)別信號(hào)能量達(dá)到3.0×104mV·μs。該階段有纖維預(yù)斷試件的破壞剛開(kāi)始，界面損傷、纖維分層等缺陷持續(xù)擴(kuò)展。完好試件的破壞狀態(tài)迅速加劇，出現(xiàn)部分纖維斷裂。

第三階段是材料的斷裂階段。該階段復(fù)合材料中纖維/基體界面脫膠，纖維分層和纖維斷裂等損傷愈演愈烈，直至玻璃纖維復(fù)合材料試件徹底破壞。材料中大量的損傷破壞導(dǎo)致聲發(fā)射信號(hào)數(shù)量和幅值都急劇增加。有纖維預(yù)斷試件比完好試件提前破壞，而且纖維預(yù)斷試件在整個(gè)彎曲破壞過(guò)程中的聲發(fā)射信號(hào)比完好試件豐富。這再次表明有纖維斷裂試件在承受載荷時(shí)更容易破壞，而且破壞過(guò)程很劇烈。

圖5　兩類(lèi)試件彎曲過(guò)程的聲發(fā)射幅度歷程圖

圖6　兩類(lèi)試件彎曲過(guò)程的聲發(fā)射RMS歷程圖

圖7 兩類(lèi)試件彎曲過(guò)程的聲發(fā)射能量歷程圖

圖8為彎曲過(guò)程中纖維預(yù)斷試件和無(wú)纖維預(yù)斷試件的振鈴計(jì)數(shù)在時(shí)間上的累積曲線。

圖8　兩類(lèi)試件彎曲過(guò)程的振鈴計(jì)數(shù)累積曲線

從圖8可以看出，彎曲加載過(guò)程中，隨著材料損傷的加劇，兩類(lèi)試件的聲發(fā)射活動(dòng)不斷激烈化。而且振鈴累計(jì)數(shù)與載荷–時(shí)間曲線存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，都隨時(shí)間呈線性增加趨勢(shì)。與纖維預(yù)斷試件不同，無(wú)纖維預(yù)斷試件的振鈴累積數(shù)在加載的起始階段劇烈振蕩，進(jìn)入第二階段后才趨于近似直線的平緩增加。兩類(lèi)試件的振鈴計(jì)數(shù)累積曲線的變化趨勢(shì)與之前分析過(guò)的聲發(fā)射參數(shù)特征以及試件的損傷破壞過(guò)程相吻合。

2.3聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)域特征和頻域特征

纖維預(yù)斷試件在彎曲破壞各階段的聲發(fā)射信號(hào)均為突發(fā)型信號(hào)，波形幅值較大，信號(hào)頻帶分布較寬，而無(wú)纖維預(yù)斷試件為連續(xù)型信號(hào)，波形幅值較小，信號(hào)頻帶分布比較窄。圖9和圖10選取了兩類(lèi)試件彎曲斷裂瞬間的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖。

圖9　纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖

圖10　無(wú)纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖

由圖9和圖10可知，在彎曲斷裂瞬間，纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)波形最高幅值達(dá)到2.5 V，頻帶分布在20～300 kHz范圍；無(wú)纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)波形最高幅值為0.07 V，頻帶分布在10～180 kHz之間。

2.4聲發(fā)射信號(hào)的小波分析

選用“db3”小波對(duì)玻璃纖維復(fù)合材料試件在彎曲破壞中的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行了5層小波分解和重構(gòu)，圖11和圖12分別是纖維預(yù)斷試件和無(wú)纖維預(yù)斷試件在彎曲破壞中的聲發(fā)射信號(hào)小波分解后各尺度重構(gòu)波形。其中a5是近似系數(shù)，d1～d5是各層細(xì)節(jié)系數(shù)。各層的頻率范圍為a5(0～15.625 kHz)，d5(15.625～31.25 kHz)，d4(31.25～62.5 kHz)，d3(62.5 ～125 kHz)，d2(125～250 kHz)，d1(250～500 kHz)。

圖11　纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)小波系數(shù)

圖12　無(wú)纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)小波系數(shù)

表3和表4分別給出了兩類(lèi)試件的聲發(fā)射信號(hào)小波分解后各尺度能量并計(jì)算出各尺度能量百分比。由表3可知，纖維預(yù)斷試件在彎曲破壞中釋放的聲發(fā)射能量的84%集中在d4，d3和d2層，能量分量最大為28.53 mV·μs，因此，這三層信號(hào)最能代表纖維預(yù)斷材料加載破壞過(guò)程中的聲發(fā)射特性。

表3　纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)小波分解后各尺度能量

表4　無(wú)纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)小波分解后各尺度能量

分析表4中的數(shù)據(jù)可知，無(wú)纖維預(yù)斷試件在彎曲破壞中釋放的聲發(fā)射能量的64.5%集中在d2和d1層，能量分量最大為39.67 mV·μs。比較兩類(lèi)試件的聲發(fā)射能量分量可知，無(wú)纖維預(yù)斷試件的最大能量分量大于纖維預(yù)斷試件的最大能量分量。這是因?yàn)槁暟l(fā)射監(jiān)測(cè)的是動(dòng)態(tài)缺陷，纖維預(yù)斷材料中原本就存在損傷，在彎曲加載時(shí)產(chǎn)生較少的動(dòng)態(tài)缺陷就能被破壞，因此釋放的聲發(fā)射能量較少，而完好的材料在加載過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)缺陷較多，釋放的聲發(fā)射能量也相對(duì)較多。這個(gè)現(xiàn)象再次說(shuō)明了完好材料的加載破壞過(guò)程比較復(fù)雜、困難，而表面纖維預(yù)斷試件比較容易破壞。

3　結(jié)論

(1)彎曲載荷作用下出現(xiàn)的典型的破壞特征包括纖維斷裂，纖維/基體脫膠和纖維分層。表面纖維斷裂的試件比完好試件先破壞，并且表面纖維斷裂試件的彎曲強(qiáng)度比完好試件低，從而可知，玻璃纖維復(fù)合材料表面纖維斷裂對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能損害很大。

(2)加載初期無(wú)纖維斷裂試件的表面應(yīng)力急劇增大，首先出現(xiàn)纖維/基體開(kāi)裂。無(wú)纖維預(yù)斷試件的聲發(fā)射信號(hào)特征是：多為連續(xù)型信號(hào)，初始階段聲發(fā)射信號(hào)急劇增多，幅值較高，第二階段信號(hào)數(shù)量變少，幅值降低，斷裂瞬間又會(huì)出現(xiàn)高幅值、高能量的信號(hào)。纖維預(yù)斷試件的應(yīng)力逐漸增大，聲發(fā)射信號(hào)是突發(fā)型信號(hào)，而且信號(hào)的數(shù)量和幅值也呈逐漸增大的趨勢(shì)，在斷裂瞬間信號(hào)幅值和能量都增加到最大。

(3)根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)小波分解后的能量分布可知：無(wú)纖維預(yù)斷試件的能量分布比纖維預(yù)斷試件的能量分布集中，而且最大能量分量明顯大于纖維預(yù)斷試件的最大能量分量，由此可知完好材料的加載破壞過(guò)程比較復(fù)雜、困難，而表面纖維預(yù)斷試件比較容易破壞。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李俊峰，蔡豐波，喬黎明.中國(guó)風(fēng)電發(fā)展報(bào)告2012[R].北京:中國(guó)可再生能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，2012.

Li Junfeng，Cai Fengbo，Qiao Liming. Report of wind power development of China 2012[R]. Beijing: Renewable energy professional committee of China，2012.

[2] Joselin H G M，Iniyan S，Sreevalsan E，et al. A review of wind energy technologies[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2007，11(6):1 117–1 145.

[3] Thomas M H，Dharmaraj M，James E L. Post buckling analysis of a wind turbine blade substructure[J]. Journal of Solar Energy Engineering，2005，127(4):544–552.

[4] Mahmood M S，Roham R. Simulation of fatigue failure in a full composite wind turbine blade[J]. Composite Structures，2006，74(3):332–342.

[5] 羊森林，趙萍，王峰，等.大型風(fēng)電葉片缺陷及其無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究[J].東方汽輪機(jī)，2012(1):26–34.

Yang Senlin，Zhao Ping，Wang Feng，et al. Study on the defects of large-scale wind turbine blades and the non-destructive testing techniques[J]. Dongfeng turbine，2012(1):26–34.

[6] 周偉，馬力輝，張洪波，等.風(fēng)電葉片復(fù)合材料彎曲損傷破壞聲發(fā)射監(jiān)測(cè)[J].無(wú)損檢測(cè)，2011，33(11):33–37.

Zhou Wei，Ma Lihui，Zhang Hongbo，et al. Aoustic emission monitoring for wind turbine blade composite material under bending damage failure condition[J]. Nondestructive Testing，2011，33(11):33–37.

[7] 韓敬宇.基于聲發(fā)射技術(shù)的風(fēng)電葉片裂紋無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D].北京:北京化工大學(xué)碩士論文，2010.

Han Jingyu. Research of the wind turbine blade crack wireless monitoring system based on acoustic emission technology[D]. Beijing: Bingjing University of Chemical Technology，2010.

[8] 周偉，張洪波，馬力輝，等.風(fēng)電葉片復(fù)合材料結(jié)構(gòu)缺陷無(wú)損檢測(cè)研究進(jìn)展[J].塑料科技，2010，38(12):84–86.

Zhou Wei，Zhang Hongbo，Ma Lihui，et al. Advances in nondestructive testing of structures defects for wind turbine blade composite material[J]. Plastics Science and Technology，2010，38(12):84–86.

[9] Joosse P A，Blanch M J，Dutton A G，et al. Acoustic emission monitoring of small wind turbine blades[J]. Journal of Solar Energy Engineering，2002，124(11):446–454.

[10] Blanch M J, Dutton A G. Acoustic emission monitoring of field tests of an operating wind turbine[J]. Key Engineering Materials,2003，245–246:475–482.

[11] 趙新光.基于聲發(fā)射和小波分析的大型風(fēng)力機(jī)葉片材料損傷識(shí)別研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2009.

Zhao Xinguang. Damage identification of large wind turbine blade materials based on acoustic emission and wavelet analysis[D]. Shengyang: Shenyang University of Technology，2009.

[12] 李海斌，陽(yáng)建紅，劉承武，等.復(fù)合材料隨機(jī)漸進(jìn)失效分析與聲發(fā)射監(jiān)測(cè)[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2011，28(1):223–229.

Li Haibin，Yang Jianhong，Liu Chengwu，et al. Stochastic progressive failure analysis and acoustic emission monitoring of composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica，2011，28(1):223–229.

Acoustic Emission Research of Wind-power Blades Composites in Three Point Bending Test

Zhang Penglin， Li Mei， Wang Rujiao， Jiang Yicheng
(Lanzhou University of Technology， State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Non-ferrous Metals， Lanzhou 730050， China)

Abstract：In order to study the characteristics of acoustic emission (AE) signals of wind-power blades composites in the process of damage，as well as the mechanical properties of composite materials. The fiber fracture specimens and intact specimens were respectively used to do the three point bending test. The acoustic emission instrument was applied to do real-time detection during the whole loading and damage process. By analyzing the collected AE signals，the mechanical properties of composites and the AE signal characteristics could be obtained. The experimental results show that typical damage feature of glass fiber composites under the bending load include fiber breakage，fiber/substrate debonding and fiber delamination. The highest amplitude of signal waveform of fiber fracture specimens is 2.5 V and the frenquency band is 20-300 kHz while the highest amplitude and frenquency band of specimens without fiber fracture is 0.07 V and 10-180 kHz respectively.

Keywords：wind-power blade；glass fiber composite；three point bending test；acoustic emission；mechanical property

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ323.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-3539(2016)04-0021-06

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.04.005

收稿日期：2016-02-05

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51265025)