大型风力机叶片结构损伤的力学机理与智能监测

风力发电机叶片是风力发电系统的关键部件，其性能优劣直接影响到整机的性能，它的强度和可靠性是风力机可靠性的关键。随着风力发电机功率的不断提高，捕捉风能的叶片也越做越大，对叶片的要求也越来越高。研究大型风力机叶片结构损伤的力学机理，发展叶片结构健康状态的实时监测技术，对提高叶片的可靠性、安全性和使用寿命，优化其结构设计具有重要意义。本课题主要对基于嵌入式智能结构的大型风力机叶片健康监测所涉及的动力学、非线性振动和信息处理等基础科学问题进行多学科交叉研究。研究复杂载荷作用下旋转复合材料叶片的动力学特性及其与结构疲劳强度的关系，确定影响大型风力机叶片损伤产生和发展的关键因素，揭示复合材料叶片结构损伤的力学机理，发展基于光纤、压电材料等嵌入式智能材料和结构动态响应的结构健康监测理论和方法，以实现大型风力机叶片的自主式结构健康智能监测。

本项目主要对基于复合材料结构设计的大型风力机叶片在各种复杂载荷作用下的非线性动力学特性进行分析，确定影响风力机叶片损伤产生和发展的关键因素，揭示结构损伤的力学机理，发展叶片结构损伤智能监测方法。完成的主要工作有：建立了空间运动复合材料层合结构梁的非线性动力学方程，为大型风力机复合材料叶片的动力学分析提供了一个较完整的理论模型；提出了基于无网格LRPIM的非均质复合材料结构的动力学分析方法；对复合材料叶片的模态特性进行了有限元分析，探讨了动力刚化对其振动特性的影响；研究了不同运动条件下夹层结构梁的非线性振动特性和运动稳定性；对含裂纹梁在振动与超声波联合激励下所出现的非线性动力响应的机理和特性进行研究，发展基于非线性振动与超声效应的结构裂纹无损检测方法。研究成果对提高叶片的可靠性、安全性和使用寿命有很好的指导和应用价值。