风电叶片拉挤梁灌注工艺优化研究

席志杰

身份证号：152529199307112716

摘要：当前,随着风电平价时代的到来,风电叶片开发设计制造朝“大、轻、低”,即叶片长度大、重量轻、制造成本低三个方向快速发展。由于叶片长度的增加会伴随重量变大及成本增高,为了解决此悖论,性价比高、重量轻、强度高的拉挤板材逐渐在风电叶片主梁上得以应用。相对单向织物复合材料而言,拉挤板不仅成型工艺简单、材料利用率高,且具有更高的纤维含量、比强度和比模量。如果用玻纤拉挤板替换传统由单轴布真空灌注而成的预制主梁,则主梁可减重21%,叶片整体可减重5%～7%,优势十分明显。

关键词：风电叶片；拉挤梁灌注；优化

引言

在汽车制造行业，焊接工艺是一个非常重要的环节。在汽车生产过程中，焊接质量的好坏直接关系到汽车的安全性和质量。然而，焊接过程中也会出现一些问题，如焊接缺陷、焊接接头强度不足等，这些问题会对汽车的使用性能产生不良影响。因此，需要对焊接工艺进行优化，提高焊接质量。目前，有许多研究都从不同角度对焊接工艺进行改善，但这些研究往往没有考虑到工艺难度和经济成本，也没有给出具体的改善效果。因此，我们需要综合考虑各种因素，针对焊接工艺中存在的问题，提出更加科学、有效的改进方案。例如，可以采用先进的焊接设备和材料，优化焊接参数和工艺流程，提高焊接质量和效率。同时，还可以对焊接接头进行设计优化，增强其受力能力和耐久性，从而提高整车的安全性和使用寿命。除此之外，还可以采用智能化的焊接工艺，利用机器人等技术自动化完成焊接过程，提高生产效率和质量稳定性。在焊接工艺的改善中，需要综合考虑成本、效率、质量等多个方面的因素，以实现最优化的焊接工艺设计。

1ＧＦＲＰ－轻木组合梁构件

1.1制造工艺

GFRP复合梁(下称组合梁)由GFRP和paulolina组成，GFRP在梁外部，paulolina是梁内材料的核心，复合梁的截面尺寸为150 mm × 50 mm， Gfrp壳壁厚为5mm，泡棉木芯断面尺寸为140mm×40mm聚苯乙烯有两种形式:无槽和无槽芯前表面切割后形成的自然表面，没有任何修改(u)另一种表面有25mm槽宽、深度为3mm、25mm纤维间距为无碱玻璃；聚酯树脂是由拉伸过程产生的模具温度区域、凝胶区域、140016145 c和压缩速率为10cm/min

1.2材料性能及试件参数

GFRP与泡桐木材芯材的基本力学性质，其中PL为拉伸复合梁，NG与g为无槽或管槽的泡桐木材芯材表面，压缩后的GFRP矩形管壁厚为5mm，纤维与有机玻璃与PL样本相同，其大小与复合梁中的泡桐木材芯材相同。

2拉挤梁灌注工艺优化

2.1流道设计

风电叶片企业一般采用VARTM工艺制造风电叶片。对于该工艺,流道设计是否合理决定着叶片成型质量。在对拉挤梁区域流道进行设计前,需要了解拉挤梁整体的结构特点,从而有针对性地布局流道。根据当前的叶片设计,无论是弦向方向,还是展向方向,叶片表面都有一定的曲率,而拉挤板的刚度较大,随形性差。为了解决此问题,通常会缩小拉挤板的截面积,提高其随形性2。因此,拉挤梁一般是由多块截面宽度为100~200mm的拉挤板在弦向方向拼接,并按照设计的大梁要求在厚度方向层层堆叠而成的。各层拉挤板间有织物,用来导流树脂,其在铺设时的截面情况拉挤主梁通常由十层以上的拉挤板堆叠而成,厚度较大。对于大厚件与壳体的一体成型,可采用下导流为主,上导流为辅的灌注方式,一般通过在构件下方铺设连续毡,在构件上表面放置抽气袋实现上、下导流。根据过往经验及实验设计,流道设计应遵循均衡性原则,即应实现产品表面及厚度方向浸润均衡,实现不同流道间浸润速率趋于均衡,从而防止包流。由于在铺设时夹芯倒角与拉挤梁间的缝隙明显大于拉挤板之间的拼接缝隙,因此,将主流道布置在夹芯与拉挤梁缝隙附近更利于树脂渗透到叶片深处,此时树脂的部分流动路径。当树脂从主流道欧姆管进入梁边芯材与拉挤梁的夹缝处A点时,会沿着B部分铺层的玻纤布,从路径向B点流动,同时沿路径渗入下表面。在往下渗透的过程中,由于导流织物的存在,部分树脂会沿导流织物在层间向右流动,如路径所示。当树脂接触到连续毡时,会快速沿连续毡向右流动并部分渗透到A部分铺层的玻纤布,且在到达底层拉挤板第一个拼接缝C点后,在抽气袋的作用下,沿路径向上堆积。树脂在到达D点后,向左右两侧沿路径流动,且继续沿路径向上堆积,到达B点。

2.2织物选择

织物选择的基本原则是不影响层间界面结合性能且导流效果好。目前,风电叶片拉挤梁层间织物一般是纤维及毡类。分别对拉挤板层间无介质、层间连续毡、层间双向布（±45º）、层间方格布（0º/90º）进行了层间抗剪切强度测试,发现层间连续毡抗剪切强度最高；其他三种织物相对于层间无介质抗剪强度有高有低,但整体来看区别不大,皆在层间无介质抗剪强度附近波动。从导流效果来看,连续毡导流效果要明显好于纤维编织布,但若层间采用连续毡导流,层间弦向树脂流动速率过快,违背了流道设计树脂流动“平衡性”原则。对于单轴布而言,纤维束方向的树脂流动速率要明显大于其他方向,在层间灌注时容易形成包流。若将双轴布作为层间织物,树脂能够相对均匀地向四周扩散,灌注速率虽然下降,但可以提高灌注质量。因此,选择双轴布作为层间织物较佳。为便于接应树脂,层间织物的宽度应分别超出拉挤梁两侧3~5mm。

3试验

在材料力学实验中，为了模拟材料在实际使用中的受力情况，我们通常采用各种载荷试验。其中，三点弯曲试验是一种常用的试验方法，可以通过在两个支撑点之间施加负载来产生弯曲变形，并测量相应的位移和应力数据。为保证试验的准确性，我们通常会在负载点之间设置标准的夹具或样品，以模拟实际使用条件。同时，为了对试验结果进行更加精确的分析和判断，我们还需要使用各种测量仪器和设备，如位移计、应变计等，来记录试验过程中产生的位移和应力数据。在试验过程中，我们通常会逐步增加载荷，直到材料损坏或者挠度达到一定值。此时，我们可以根据试验数据来评估材料的力学性能和耐久性能，以指导实际工程应用。总之，材料力学实验是一种非常重要的手段，可以帮助我们更好地理解材料的力学行为和性能特点，为实际应用提供科学依据。．

结束语

对于某些大型风电叶片,尤其是当所设计的拉挤梁厚度较大时,应用此方法效果显著。在拉挤梁灌注工艺设计时,要全面考虑流道设计及拉挤梁本身外形。如何将流道和拉挤梁外形结合,尤其在不影响拉挤板性能的情况下,使得拉挤梁自身附带导流功能,是在今后拉挤梁灌注工艺优化中值得探讨的问题。

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