秦志文：各位专家、同行，大家上午好，我是来自于中国科学院工程热物理研究所的国家能源风电叶片研发中心的秦志文。我汇报的题目是《基于多尺度验证和损伤建模的叶片连接结构设计及后市场应用》。

　　我的汇报包括以下五个方面，背景和技术需求，叶片螺栓连接结构多尺度验证，叶片胶结连接的情况介绍，延长增功应用和我们公司的简介。

　　一由于单螺栓连接和叶片多螺栓连接在空间分布和载荷有显著的区别，因此在验证螺栓连接强度的时候，有必要开展单螺栓连接、多螺栓连接以及结构的验证分析，由于胶连接的复合材料和界面复杂的行为，因此在预测胶连接的强度时，有必要开展损伤的胶连接建模。

　　二叶片螺栓连接多尺度验证。多尺度验证思路广泛应用与飞机领域，主要是为了大幅度降低产品可靠性验证的时间、风险和经济成本，降低产品设计和验证的难度，便于深入掌握各部件的性能。2015年的DNV-GL规范对它提出了明确的要求，在某一些情况下不仅要进行材料级别的测试，还需要补充部件测试，来进一步验证结构的可靠性。例如，验证预埋件、叶片刹车系统等等。

　　我们以分段式叶片为对象进行了多尺度验证，这个是在轴向载荷下，以单连接件为对象，测定了单连接的强度和连接的载荷系数，因为这个载荷系数在多螺栓连接和全尺寸的叶片连接上是一个重要的参数。

　　接着，以38米为例，采用十二个螺栓连接，建立了分段式的箱型梁，对它进行弯曲载荷下的极限测试，确定了螺栓载荷与外载荷的非线性关系。这个是以全尺寸叶片为对象，进行了极限载荷测试，提取了螺栓的接触状态和螺栓的载荷。在这个研究中我们获得了国家十二五科技支撑计划自助，也是在国际上唯一完成试样、部件、全尺寸叶片静力测试和风场挂机运行的示范机构。我发表了多篇高水平学术论文，极限强度测试获得了第三方认证，并取得了挂机测试报告，在同类分段式叶片中具有成本和重量优势。

　　三是胶接分析，不同于航空胶接，航空胶接的特点是他们胶层长度比较小，控制的比较严格。而风电叶片胶接是胶层厚，长度大，面积大，以及胶层的厚度不均一，另外叶片胶接基材主要是玻璃纤维复合材料，而航空上主要是碳纤维复合材料。现有的研究主要是来自于航空应用领域，然而2010年的规范对胶接连接非常简单，就是如果在没有材料实验数据的情况下，静强度要小于7兆帕，疲劳强度小于1兆帕就可以。是不是这样胶接就是安全的呢？我们下一步再进行探讨。

　　这个是我们做的一个搭接试样，我们从失效模式中可以看出，在这个里面主要表现为胶层间接失效和本体失效，随着胶接长度的增加，它不但有间接失效和本体失效，还有复合材料的基层失效。但是这个现有的标准是以这个胶接长度是12.7毫米，显然这个12.7毫米的胶接长度的搭接性能和这个实际的叶片的胶接的在形式和长度上都不一致。这种实验结果无法真实满足业界长搭接，厚胶层不变的情况。

　　而现有的方法存在缺乏失效判据，因为它基于断裂力学的方法没有考虑复合材料或者是结构胶本体损伤和失效。而由于实际结构变量比较多，所以实验和现实有很大的区别。

　　基于此，我们采用了三维实体建模，对ANSYS软件进行二次开发，采用了三维失效准则，建立了有限元模型。这个图是一个载荷位移曲线图，就是随着载荷的增加出现玻璃钢失效，发生了胶接的整体失效。右边这个图显示的是我们分析了不同的基材的承载力，可以看出，随着铺层的增加，胶接的承载力是增加的。也就是说这个胶接强度不但是和结构胶有关，还与基材的刚度有关。我们还做了叶片段的渐进时效失效分析等。

　　第四个方面，叶片延长技术应用。风电机组选型和风电场选址不合理，是导致服役风电机组的功率输出低于预期目标，使得风电机组的实际服役载荷小于设计载荷，风电机组实际使用效能未能充分发挥。我们对比一下这三种延长叶片的优势和劣势，我们可以看出叶根延长在连接方式上采用螺栓连接是比较简单的，但是在增重和安装方式方面，这个叶尖延长是有显著的优势，维护也比较简单。

　　另外我们再探讨一下叶片延长的可靠性，在前面分段式叶片在理论基础上，我们推导了不同位置连接介质的疲劳应力，这个图X轴是不同的连接位置，Y轴是连接介质的疲劳应力。我们可以看出来叶片尖部连接具有最佳的疲劳安全可靠性，由于叶尖铺层较薄，最适合胶接连接方式。在这里我也要呼吁一下，我们的结构设计一定要合理。

　　在分段式叶片连接技术和胶接强度优化技术的研究基础上，我们发展了大型风电叶片叶片箭延长技术。这个是现场安装的一些照片，这个我们也对比了一些业绩，给大家展示一下，国外有一个公司在LM的基础上进行了叶尖延长改造，它平均功率提升了5%到6%，安装的机组就是几台，不太多，国内也出现过叶尖延长脱落的情况。我们主要做了两款设计，一款是37.5米的基础上延长2米，实现了100台的批量装机，这个装机已经满三年，叶片叶尖没有出现任何脱落，实测发电量增加8%。这个是去年的一款43米的叶片基础上延长1.8米，实现了技术转让，已经装了11台，叶尖也没有出现脱落，实际发电量提升7.6%。

　　最后我介绍一下我们中心，我们以前是很少参与大会，主要是做一些国家的纵向项目，和企业横向的合作比较少，现在也是为了贯彻国家的政策，也想跟企业多交流合作。我们中心被能源局授予了四块牌子，总部位于北京中关村，在延庆和张家口有实验基地，在天津滨海有一个控股公司。

　　在延庆，我们建有小型、中兴和开式风洞设备，还有材料实验机，还有构建测试平台、噪声测试系统和无损和探伤的设备，可以开展小型风力机和翼型的测试等等。这个是在张北，我们建有国内烧油的具备叶片气动、载荷、结构一体化的外场测试平台。前期我们分析的一些程序和软件还有叶尖延长，我们在这里都做过相应的验证工作。我们在叶片设计和后市场应用也有一些技术积累，也开展了一些工作，现在可以开展的就是新翼迎的开发，商业叶片设计，叶片结构减重设计和新型叶片开发等等。在后市场业务可以开展叶片增功提效，机组噪声测量和降噪改造，第三方巡检、评估和鉴定工作。近年来，我们也和国内外研究院所、大学和企业建立了广泛的合作和联系。

　　我的汇报完毕，谢谢大家，这是我的联系方式，如果大家有需求想进行技术交流都没有问题。　　（内容来自现场速记，未经本人审核，如有不妥请联系修改）