风电叶片用单轴向经编针织物干态压缩特性研究

【摘要】：风电叶片主梁帽主要采用玻璃纤维复合材料,复合材料所用增强体为单轴向经编针织物,由于采用真空导入成型工艺,通常所成型的复合材料厚度有一定的差异。为了更好地控制工艺,保障复合材料风电叶片主梁帽的性能,实际生产中非常希望能较为准确地控制和预测单轴向经编针织物经真空导入成型工艺所制得复合材料的厚度。而复合材料最终厚度与其增强材料在干态下的压缩特性有着重要的关系。本文采用了生产中常用的四种单轴向经编针织玻纤织物,在真空袋压缩工艺条件下,分别研究了压强、铺层层数、循环加载数、保压时间对单轴向经编针织物干态压缩特性的影响。最后,利用树脂将不同压缩阶段中织物的几何形态进行固定,分析了织物在压缩过程中的微观形态。论文首先采用刚性平板和真空袋分别进行织物压缩实验,分析了两种压缩方法与真实工艺条件的差异,通过实验结果对比,分别从压缩过程中受力情况及压缩过程中厚度变化趋势两个方面解释了常见的两种工艺条件的差异。在分析比较的基础上,选用了真空袋工艺进行后续的实验。为了能够更好地评价单轴向经编针织物的干态压缩特性,本文采用了纤维体积分数、平均单层厚度和织物的压缩率来表征织物整体压缩特性,同时,在压缩过程中,还定义了不同压缩阶段的临界点、压缩初始角等参数来表示预成型体压缩的难易程度。本文采用相同铺层角度和相同铺层层数的四种单向玻纤织物,分析了在不同压强下织物厚度的变化情况;研究了1、4、8、12和20层不同铺层层数对织物干态压缩特性的影响,发现随着铺层层数的增加,织物的纤维体积分数逐渐增加,平均单层厚度逐渐减小,当铺层层数达到4层时织物的纤维体积分数和平均单层厚度开始趋于稳定状态;采用对单向玻纤织物进行1、2、3、5和10次不同的循环加载次数来研究加载循环过程中织物的厚度变化情况,发现增加循环加载次数可以提高织物的纤维体积分数,降低织物的平均单层厚度;将其保压时间分别设置为0、2、5、10和20分钟,分析了织物厚度随保压时间的变化,发现随着保压时间的增加,织物的纤维体积分数逐渐增加,平均单层厚度逐渐减小,保压时间达到10分钟时,织物的平均单层厚度趋于稳定。为了更加直观地研究预成型体在被压缩过程中的变形情况,本文采用浸渍树脂后进行固定的方法,获得预成型体在随压强变化过程中,不同压强下的横截面的照片,总结了横截面中纱束形状、纱束长度、纱束厚度及空隙面积的变化规律。从而为更直观地分析织物压缩变形过程提供了统计数据基础。研究发现,纱束形状随着压强的增大变化趋势为半椭圆形-跑道形-矩形;纱束长度随压强的增大变化不大;纱束厚度和纱束间空隙面积随着压强的增大逐渐减小。

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