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102 风电叶片胶接修补与真空灌注修补的比较研究 2013年5月 风电叶片胶接修补与真空灌注修补的比较研究 侯学杰,黎华,史俊虎,林明 (中船重工集团公司第七二五研究所,洛阳双瑞风电叶片有限公司,洛阳 471039) 摘要:风电叶片在运输、安装及服役过程中,可能产生某些原因导致的需要修补的损伤。本文针对修补损伤的挖补法,设 计了一组实验,比较了预浸料胶接修补与真空灌注修补的工艺区别,以及修补件静态力学强度恢复率的差异,并对两种工艺修 补效果的差异进行了讨论。结果表明,在静态力学性能方面,胶接修补的拉伸强度和层间剪切强度性能可达到初始的80%左 右,真空灌注修 ̄b.z-艺的拉伸强度和剪切强度可恢复到90%以上。 关键词:风电叶片;修补;胶接;真空灌注 中图分类号:TB332 ——— 文献标识码:A文章编号:10030999(2013)03010204● — —— j』一~ 1日IJ舌 随着社会与经济的快速发展,人类对能源的需 求量日益增大。进入21世纪,风能的利用越来越广 泛,至2011年底,全球风力发电机组装机累积达 238,O00MW,我国以65,O00MW成为全球第一风电 大国。随着风电产业的迅猛发展,单机功率已至 7MW,风力发电机组叶片还在朝着大型化的方向发 展,最长的叶片达80m。目前,兆瓦级风电叶片都为 树脂基复合材料,在运输、安装和服役期间难免会产 生缺陷或损伤,如刮痕、凹陷、裂纹、撕伤、雷击烧伤 等。为了使叶片的力学性能得到恢复并达到预期的 寿命,研究损伤叶片的修补方法就显得十分必要和 重要了。 复合材料的修补技术的研究开始于20世纪70 年代初期,之后有很多且系统的研究,涉及到修补的 理论计算、力学分析及工艺等¨ 。我国的复合材 料修补技术研究始于20世纪80年代中后期,1989 年,文献[5]报道了对某飞机副油箱水平安定板支 臂裂纹进行以碳纤维复合材料为补片的外场修补。 之后,大量的复合材料修补研究工作相继开展。 但对于风电叶片具体的修补,相关的研究报导则还 是相对较少。 风电叶片的修补方法,一般都源于复合材料修 补。LeKoul1o]曾报道了贴补方法修补风电叶片,但 叶片的气动性能受到了破坏,而挖补法。卜可以避 免此弊端。所谓挖补法,即将复合材料板的缺陷部 分通过钻孔或打磨除去,并以缺陷为中心向四周打 磨成一定角度,然后用相匹配的补片填补修复。修 补完成后,补片通过修补界面的剪切作用传递母板 的载荷,达到恢复力学性能的目的。挖补法在结构 形式上可分为斜接法和阶梯法(如图1所示),两者在 恢复强度和刚度上性能相当。此方法既能保持原叶 片损伤部位的气动性能,又不影响原有叶片的重量。 /缺陷 (a)缺陷板 (b)阶梯法 图1复合材料挖补示意图 Fig.1Sketchofscarfpatchrepair 通常情况下,挖补的补片为纤维预浸料,通过胶 粘剂粘接于缺陷处实现修补,此为胶接法。也可通 过真空灌注工艺(VARI)¨ 5l,首先用相匹配的纤维 铺于缺陷处,之后建立真空,将树脂导入真空体系浸 润纤维,此为VARI法。对于同样的缺陷,两种方法 可能会得到不同的效果。本文中通过设计阶梯法修 补实验,比较了胶接修补与VARI修补对缺陷板力 学性能恢复情况,并结合剪切实验对两种方法的效 果进行了讨论。 2实验部分 2.1实验方案 为了对比胶接修补与VARI修补两种方法接 收稿日期:2012 ̄7-26 本文作者还有朱登辉。 作者简介:侯学杰(1981,),男,硕士,主要从事树脂基复合材料及风电叶片研究开发。 FILP/C ̄2013No.3 2013年第3期 玻璃钢/复合材料 103 合材料修补后性能的恢复情况,设计了平行对比实 验。首先制作无缺陷的母板,增强材料为三轴玻璃 纤维布,铺层顺序为(一45。,45。,0。;一45。,45。, 0。;0。,一45。,45。;0。,一45。,45。),每层玻纤布都 完好无损,如图2(a)所示。并采用真空灌注工艺进 行复合材料成型,固化后按照GB/T2567-2008将母 板进行切割加工成拉伸试样,并进行0。方向拉伸性 能测试。得到的数据为复合材料无损伤的初始 性能。 对于复合材料缺陷板的制作,设计了2层深度 宽为20mm的缺陷,如图2(b)所示。修补过程中, 以两层间相错50ram的尺寸将第一层以缺陷中心线 对称扩大为120mm,成阶梯状,如图2(c)所示。此 缺陷板采用真空灌注工艺制得,所用材料及铺层顺 序与母板相同。制得复合材料缺陷板后,进行胶接 修补和VARI修补。 (a)母板 缺陷\ \ (b)缺陷板 50 (c)缺陷板打厝错层 图2实验母板及缺陷板示意图 Fig.2Sketchofbaselaminateanddamaged laminateinthispaper① 预浸料补片胶接修补步骤如下:在缺陷表面 先涂一层厚度约为1mm的环氧胶粘剂,后将宽度为 20mm的一层三轴玻纤预浸料补片铺于胶粘剂上;② 在此基础上再铺放一层宽度为120mm的三轴玻 ③ 纤预浸料补片,如图3所示;施加一定的压力,挤 ④ 出多余的胶粘剂,后施加压力,固化;修补完成后, 以缺陷中心线对称切割拉伸样条,并进行0。方向拉 伸性能测试,得到的数据为预浸料胶接修补强度。 胶接修补 补片 图3预浸料胶接修补示意图 Fig.3Sketchofadhesivelybondingrepair laminatesinthispaper① VARI修补步骤如下:在第二层缺陷铺放 20mm宽的裁片,裁片材质和铺放方式与同层的母② 板玻纤布相同;以同样的方式铺放第一层缺陷的 ③ 裁片,宽度为120mm,如图4(a)所示;后建立真 ④ 空,导人树脂,固化,如图4(b)所示;修补完成后, 以缺陷中心线对称切割拉伸样条,并进行0。方向拉 伸性能测试,得到的数据为复合材料VARI修补 强度。 裁——— ———二三三兰-邕_-一 密 (a)铺玻纤裁片 真空袋膜 (b)树膳真空灌注 图4VARI修补板示意图 Fig.4SketchofVARIrepairinglaminatesinthispaper 以上实验的目的是从拉伸性能方面比较胶接修 补与VARI修补效果的不同,为了进一步了解修补 效果,本实验也对比了两种修补方式的修补界面剪 切性能。将母板和补片分别作为剪切试样的两搭接 片,搭接片的粘接分别模拟挖补的胶接和VARI 方式。 胶接修补界面剪切性能考察具体如下:用叶片 胶粘剂将复合材料板以搭接形式粘接,按照GB/T 7124-2008的要求制成拉伸剪切试样,胶粘剂厚度为 0.5mm左右,试样如图5(a)所示,固化后进行测试, 得到胶粘剂粘接的剪切性能。 : ....一,胶接界面 (a)胶接剪切样 !:..../真空灌注界面 (b)VARI剪切样 图5剪切试样示意图 n昏5Sketchofsamplesforshearstrengthtestinginthispaper VARI修补界面剪切性能考察如下:在母板边缘 以搭接形式铺放与母板层数相同的玻纤布,通过真 空灌注方式制得复合材料与复合材料间的搭接剪切 板,板间通过树脂结合,类似于VARI修补的界面。 固化后按照GB/T7124-2008的要求制成拉伸剪切 试样,试样如图5(b)所示,进行测试,得到VARI界 面的剪切性能。 104 风电叶片胶接修补与真空灌注修补的比较研究 2.2实验所用材料及设备 本实验所用材料及测试设备见表1。 表1本实验所用材料 Table1Themater ialsandequipmentusedinthispaper 材料 供应商 三轴玻璃纤维布 真空灌注树脂 预浸料 叶片用环氧胶粘剂 万能拉力机 3实验结果及讨论 根据实验方案,进行了两种修补方式接合材 料缺陷板强度恢复状况的考察,无缺陷的复合材料 板拉伸性能及胶接修补后、VARI修补后的拉伸性能 测试结果分别见表2、表3及表4。从表中的测试结 果看,无缺陷复合材料板拉伸强度在590MPa左右, 拉伸模量在31GPa左右;缺陷板经胶接修补后,拉伸 强度达到500MPa左右,拉伸模量在26GPa左右,恢 复80%以上;缺陷板经真空灌注修补后,拉伸强度 达到550MPa左右,拉伸模量在29GPa左右,恢复 90%以上,个别试样几乎100%恢复。柱状图6比较 了修补前后性能的恢复状况。 表2无缺陷板的拉伸性能 — Table2ThetensilepropertiesofnondefectsFRP 表3胶接修补板的拉伸性能 Table3ThetensilepropertiesofFRPrepaired byadhesivelybonding | 一 一l 麓隧j 3 表4真空灌注修补板的拉伸性能Ta ble4T hetensilepropertiesofFRPrepairedbyVARI 图6两种修补方法拉伸性能对比 Fig.6Comparingoftensileproperties oftworepairingmethods 复合材料缺陷板修补后,受到的载荷会通过补 片与母板问的界面进行传递,所以,复合材料修补后 的性能恢复状况,主要决定于补片与母板问的界面 粘接情况。如果补片与母板的界面粘接情况优,则 修补后性能恢复率就大,反之,则恢复率偏低。本文 通过拉伸剪切实验得到了胶接界面与VARI界面粘 接性能的不同,结果见表5。表中数据显示,胶接界 面的剪切强度在20MPa左右,而VARI界面剪切强 度可达25MPa左右。虽然不能确定界面剪切强度 与修补板的拉伸性能间的关系,但剪切强度的差异 也能说明修补后复合材料拉伸性能的不同。 对于预浸料胶接修补方法,补片与母板问通过 胶粘剂粘接成为整体。在胶粘剂的刮涂、及预浸料 铺放与固化过程中,界面间会有部分空气造成界面 结合不充分,致使力学性能恢复率稍低。而对于 VARI修补方法,树脂灌注时,真空系统内几乎没有 空气,新浸树脂与母板表面能充分接触,达到良好的 界面结合效果,因此修补性能恢复率较高。 盖l一∞ ∞ dJ^L、口占o一【s口。 2013年第3期 玻璃钢/复合材料 105 表5修补界面的剪切强度 Table5Theshearstrengthofthetworepairing methodsinthispaA)er—— 胶接界面 VARI界面 4结论 通过实验得出,复合材料采用不同的挖补工艺 修补时,胶接方法可恢复80%左右的强度,而采用 VARI工艺可以使强度达到90%以上,个别试样可 达到100%。但从工艺实施性方面考虑,胶接修补 方法简单,可行性强,一般不受场地限制;真空灌注 方法需要建立真空,设备要求较高。所以,在实际的 维修中,可根据现场设备的实际情况选择不同的修 补方式,如现场有真空设备条件,建议采用VARI修 补;若现场没有真空设备,叶片损伤部位又不是关键 的受载荷区域,可采用胶接修补。 参考文献— [1]SungHoonAhn,G.S.Spr — inger.RepairofcompositelaminatesI: Testresults[J].JournalofCompositeMaterials,1998,32(11):— 10361074.— [2]SungHoonAhn,G.S.Springer.Repairofcompositelaminates・II: Models[J].JournalofCompositeMateria ls,1998,32(I1):— 10761l14. [3]M.Hautier,D.L6v钿Re,C.Huchette,P.Olivier.Investigationof compositerepairmethodbyliquidresininfiltration[J].Plastics, RubberandComposites,2010,39(3/4/5):200-207. [4]A.Albedah,B.BachirBouiadjra,L.Aminallah,M.Es.Saheb。 F.Benyahia.Numericalanalysisoftheeffectofthermalresidual stressesontheperformancesofbondedcompositerepaiminaircraft structures[J].Composites:PartB,2011,42(3):511-516. [5]杨长江,宁荣昌.布带缠绕制品缺陷分析及修补工艺技术研究 [D].西安:西北工业大学。2006. [6]蔡建丽,余欢,王云英,熊林冬.玻璃钢蜂窝夹层结构制品常见 缺陷修补技术[J].玻璃钢/复合材料,2011,(1):44_47. [7]李小刚,赵美英,万小朋.复合材料胶接修补参数优化研究 [J].玻璃钢/复合材料,2010,(1):28-31. [8]吕胜利,姚磊江,童小燕.复合材料修补结构疲劳寿命分析方 法研究[J].机械科学与技术,2006,25(9):1018,1020. [9]汪亮,孙玲,万小朋.变截面蜂窝夹层结构复合材料胶接工艺 研究[J].玻璃钢/复合材料,2009,(3):65-70. — [10]D.J.Lekou,A.M.varlWingerde.Repairtechniquesforcom positematerials印plicabletowindturbineblades[C].Proceedings — ofthe27Ris ̄InternationalSymposiumonMaterialsScience:Pol ymerCompositeMateria lsforWindPowerTurbines.Denmark: RiNationa lLaboratory.2006:205-212. [11]蒋翌军,刘卫平,翟全胜.复合材料结构挖补工艺研究[J].材 料工程,1997,(2):42-45. [12]薛克兴.复合材料结构的损伤与修补[J].玻璃钢/复合材料, 1991,(2):15-19. [13]陈先有,崔晶.航空复合材料结构修补技术分析[J].航空科 学技术,2007,(2):32-33. [14]T.D.Breitzman,E.V.Iarve,B.M.Cook,G.A.Schoeppner, R.P.Lipton.Optimizationofacompositescarfrepairpatchunder tensileloading[J].Composites:PartA,2009,40(12): 1921.1930. — [15]D.Tzetzis,P.J.Hogg,M.Jogia.DoublecantileverbeamMode — ItestingforvacuuminfusedrepairsofGFRP[J].JournalofAdhe sionScience&Technology,2003,17(3):309-328. ’’ THESIUDYoFDIFFERENCEBETWEENREPAIRING Ⅳ TECHNIQUESoFADHESELYBoNDINGANDVARI — HOUXue-jie,LIHua,SHIJunhu,LINMing (e725InstituteofChinaShipbuildingIndustryCorporation,LuoyangSunruiWindTurbineBladesCo.,Ltd., Luoyang471039,China) Abstract:Becauseofsomepartlydamage,therearemanyrepairingworksintheprocessofwindturbinebladeS transportation,assemblyandservice.Inthispaper,twoscarfpatchrepairtechniques,adhesivelybondingrepair andVARI(vacuumassistantresininfusion)repair,aredesigned.Andthedifferencesbetweenthesetwomethods — arediscussed.rI1leresultsshowthat.tensilestrengthandshearstrengthofadhesivelybondingmethodcanremaina bout80%afterrepairing,andVARImethodcanreachabove90%. Keywords:windturbineblades;repairing;adhesivebonding;VARI
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