[发明专利]一种风电叶片用纤维增强复合材料拉挤板材的寿命预测方法

权利要求书

1.一种风电叶片用纤维增强复合材料拉挤板材的寿命预测方法，其特征在于：包括：

步骤一、结合复合材料工作环境中的各老化影响因素，提出复合材料的老化剩余寿命预测公式：

式(2)：S＝S₁-∑A_iln[1+B_it(x_i)](i＝1，2，……)

式(2)中，S为材料老化后的强度；

S₁＝S₀+△S，S₀为初始强度值，△S为材料后固化增强项；

x_i为环境老化因素；

A_i为在某环境老化谱下的老化因素x_i对材料的某一性能影响的显著性参数；

B_i为材料对老化因素x_i的抗老化能力参数；

t(x_i)为老化因素x_i的等效当量老化时间，表示式为：

式(3)：

然后，列出式(4)：S_R＝S′-βln(1+αt)-k_R(t)σ

式(4)中，S_R为置信度为γ、可靠度为R的老化剩余强度，MPa；

k_R(t)为置信度为γ、可靠度为R的二维单侧容限系数；

σ为老化剩余强度的标准差；

由于在环境自然循环老化试验过程中主要的老化因素为温度，湿热和盐雾腐蚀，同时考虑到不同因素的协同影响效应，引入影响效应因子，因此式(2)具体化为：

式(5)：

式(5)中，a为温度影响效应因子，b为湿热影响效应因子，c为盐雾腐蚀影响效应因子；

步骤二、单因子老化模型参数的确定

在预测性的建模方面经常使用回归分析的方法，通过利用数据统计原理，对大量单因子老化实验数据进行数学处理，从而来确定单因子变量与复合材料给定的性能的相关关系，以加速老化后的强度为S值，通过拟合得到各单因子老化的模型参数；

步骤三、多因子老化模型参数的确定

经过多因子共同老化，得到老化结果，并对老化后的强度进行拟合，得到各因子影响效应参数；

步骤四、环境当量的确定

为了有效获得实际环境条件与加速老化条件的有效转换，必须获得有效的环境当量计算公式；因此，需要进行不同各个单因子老化不同加速老化条件下的加速老化试验，并以最优的失效性能得到不用条件下的曲线模型；比较分析不同条件下的曲线模型，得到环境当量的换算公式；

考虑到加速老化与环境老化的关系，引入环境当量K₁、K₂、K₃，分别为：

式(6)：

式(7)：

式(8)：

上述式中，K₁、K₂、K₃依次为高温老化环境当量、湿热老化环境当量、盐雾老化环境当量；

t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆依次为加热高温老化的时间、环境温度下老化的时间、高温湿热老化的时间、环境湿热老化的时间、紫外加速老化的时间、环境紫外老化的时间；

T₁、T₂、T₃、T₄依次为加热高温老化的温度、环境温度下的温度、高温湿热的温度、环境湿热的温度；

φ₃、φ₄分别为高温湿热湿度、环境湿热湿度；

U5、U6分别为外加速老化盐雾浓度、环境盐雾浓度；

C₁、C₂、C₃依次为高温、湿热、盐雾老化试验系数；

根据试验，得到环境当量中高温、湿热、盐雾老化试验系数；

步骤五、实际使用寿命的预估

对于原始未经使用的复合材料，通过测定其强度S₀，以70％S₀为失效点S，并预估其实际使用中的温度、湿度、盐雾浓度的往年同期总量，代入式(5)来预测其使用寿命；

对于已使用过一段时间(t)的复合材料，估算其剩余寿命的方法为：取S₁＝S₀+△S，S₀为初始强度值，△S为材料后固化增强项，二者均为定值，其中S₀取原始复合材料直接测出，根据拟合得到的S₁值，计算得到△S，然后根据上式改变初始条件，得到S₂＝S_t+△S，其中，S_t通过实际测试得到，同样取70％S₀为失效点，代入式(8)预测该复合材料的剩余使用寿命；

步骤六、在试验中，首先分别进行包括高温、湿热、盐雾的单因子老化试验，并对不同时间的样品进行包括抗拉强度、弯曲强度、Tg、压缩强度的性能检测，观察各种性能的变化趋势，选择最优的失效性能进行研究；同时，根据最优的失效性能，通过拟合得到单因子老化的曲线模型。