| 题名 | 风力机叶片复合材料性能的研究 |
| 作者 | 刘叶垚 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 杨瑞 |
| 关键词 | 玻碳混杂 混杂方式 混杂比 混杂效应 力学性能 模态分析 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 随着风力机不断大型化的发展,对风力机叶片的性能和重量有了更加高的要求,碳纤维的高性能和低质量是可以满足现代风力机叶片发展要求的优质材料,但碳纤维高昂的价格一直制约着碳纤维在大型风力机当中的应用。玻碳混杂纤维复合材料是指将玻璃纤维和碳纤维通过某种方式增强同一种基体材料,形成一种新的复合材料。碳纤维质量轻、抗拉强度和弹性模量高,但延伸率低且价格昂贵,而玻璃纤维延伸率高且价格低廉,所以这种新的复合材料可以综合碳纤维和玻璃纤维的强度和韧性,避免碳纤维的高成本和玻璃纤维的高质量。本文主要是完成了纯玻纤维实验,为玻碳混杂实验的提供研究基础;通过玻碳混杂实验,讨论±45°铺层比例、混杂方式和混杂比对玻碳混杂材料力学性能的影响,并与经典层合板理论计算值对比分析;通过对玻碳混杂实验中试样的层合板有限元模态分析,探讨±45°铺层比例、混杂方式和混杂比对玻碳混杂材料模态的影响。在纯玻璃纤维实验中,±45°铺层比例对拉伸、扭转性能,都具有重要的影响作用;在扭转实验中,当±45°铺层比例达到80%以上时,扭转角度会出现过小的情况;在拉伸和扭转实验中,0°、90°和±45°三种角度混合铺设的层合板,其性能基本优于0°和±45°混合、90°和±45°混合的层合板性能。在玻碳混杂实验中,针对不同力学性能,其较好铺层方案如下:拉伸方面±45°铺层比例为0、40%,混杂比为0.43的层间混杂性能较好;压缩方面±45°铺层比例为20%,混杂比为0.29的层间混杂性能较好;弯曲方面±45°铺层比例为20%、40%,混杂比为0.29的层间混杂性能较好;拉伸方面±45°铺层比例为40%、60%,混杂比为0.29的层间混杂性能较好。综合基本力学性能,±45°铺层比例为40%,混杂比为0.29的层间混杂的综合性能最优。总体看,混杂比为0.43的性能差于混杂比为0.29的材料,这是因为混杂比为0.43的混杂材料界面间的粘结不如混杂比为0.29的材料好。实验数据与经典层合板理论计算值对比,存在明显误差,分析原因是混杂效应、±45°铺层比例等方面的影响。在玻碳混杂层合板有限元模态分析中,得到以下结论:±45°铺层比例的增加有利于提高扭转性能;玻碳混杂材料比纯玻材料具有更高的固有频率;层间混杂材料的固有频率比夹芯混杂材料高,混杂比高的材料的固有频率比混杂比低的材料高;为满足风力机运行安全的要求,应选择固有频率越高,位移越小的方案,因此,±45°铺层比例越低的方案越好,玻碳混杂方案比纯玻方案好,层间混杂方案比夹芯混杂方案好,混杂比高的方案比混杂比低的方案好。本文的创新点在于:实验进行了拉伸、压缩、弯曲、扭转四个方面的力学性能测试,多角度综合研究了玻碳混杂复合材料的性能,对于玻碳混杂纤维材料的基本力学性能有更全面的讨论;在对多向玻碳混杂纤维材料进行研究时,在混杂效应理论的基础上,考虑了±45°铺层比例的影响;在玻碳混杂纤维材料基本力学性能的基础上,对其进行了有限元模态分析,对玻碳混杂纤维材料的性能有更加全面的把握。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 93 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93706]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘叶垚. 风力机叶片复合材料性能的研究[D]. 2018. |
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