在風電機組大型化的技術(shù)發(fā)展趨勢下，葉片變得更加細長，其扭轉(zhuǎn)頻率不斷降低。在大型葉片運行的過程中，低階彎曲模態(tài)常常與扭轉(zhuǎn)模態(tài)相互耦合，葉片受力形式更加復雜，為葉片結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性帶來新的挑戰(zhàn)。圍繞大型葉片結(jié)構(gòu)強度這一課題，現(xiàn)有國際學術(shù)研究普遍考慮葉片在彎曲荷載下的極限結(jié)構(gòu)響應，在研究方法上，還以局部應變測量和破壞現(xiàn)象觀測為主，研究結(jié)論差異較大，學術(shù)爭議廣泛存在。
針對這一問題，中國科學院工程熱物理研究所風電葉片研發(fā)（實驗）中心的研究人員經(jīng)過系統(tǒng)的理論分析和周密的試驗設計，建立了宏觀結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象和微觀材料破壞特征的跨尺度定量關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上，開展了國際上首次大型葉片結(jié)構(gòu)彎扭耦合下全尺度結(jié)構(gòu)的極限破壞試驗，全面揭示了幾何非線性、材料非線性和狀態(tài)（接觸）非線性三大固體力學基本非線性現(xiàn)象在大型葉片結(jié)構(gòu)破壞過程中的強耦合相互作用關(guān)系。通過該項研究，研究人員澄清了空心截面扁平化現(xiàn)象，即Brazier效應，不是大型葉片結(jié)構(gòu)破壞的主導因素，指出大型風電葉片結(jié)構(gòu)非線性屈曲是驅(qū)動整個破壞過程的本質(zhì)因素，而接觸非線性則是決定葉片破壞位置和破壞強度的重要外部條件；同時，該研究還發(fā)現(xiàn)較小的扭轉(zhuǎn)荷載也會對大型葉片結(jié)構(gòu)的破壞模式和后屈曲響應產(chǎn)生重要影響，為大型葉片結(jié)構(gòu)設計方法的改進提供了重要理論依據(jù)。
學術(shù)成果在《復合材料結(jié)構(gòu)》（Composite Structures）發(fā)表，研究工作得到國家自然科學基金項目（51405468）和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃“863”項目(2012AA051303)支持。
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