[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

说明书

本发明提供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，通过模拟环境中不同老化因素对复合材料进行加速老化实验研究,采用百分回归分析方法获取环境中单因子和多因子的老化模型参数建立加速老化寿命方程。使用该方程可以对服役中的复合材料进行高置信度、高可靠度的环境老化寿命和老化剩余强度预测。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及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。

背景技术

复合材料作为增强材料，在实际使用过程中会发生不可避免的老化，随着老化程度的积累，将对其本身使用性能造成影响。纤维增强树脂基复合材料具有优异的机械性能、抗疲劳性能优异、高温性能优良和可设计性佳等优点，但同时也有一些缺点，在服役环境下(如紫外光光辐射、温度、湿度、盐雾等)其性能易于恶化。在单一或多个环境因素综合的影响下均会导致纤维增强树脂基复合材料的性能发生变化。在该环境因素的影响下导致基体、纤维或纤维/基体界面发生变化或破坏。如在机械冲击、机械振动、应力、紫外光光辐射、温度、湿度、酸、碱、盐溶液和有机化合物作用下导致复合材料的纤维/基体界面发生变化或破坏，导致复合材料使用寿命或者性能下降。

对于材料某个特定的性能参量，如材料强度，可能随着使用时间的增加，性能逐渐下降，也有可能在没有任何征兆的情况下大幅下降。环境的复杂性导致了材料强度老化的难以预测，给实际使用带来了巨大的风险。

因此，研究不同环境因素对复合材料性能影响的规律和机理对其可靠性的评价非常重要，也将直接影响复合材料使用寿命的判断。

俄罗斯全俄航空材料研究院的「.M.古尼耶夫等通过对复合材料的自然老化寿命研究，得出复合材料强度变化的半经验数学模型可用式(1)描述：

式(1)：S＝S₀+η[1-exp(-λt)]-βln(1+αt)

上述式(1)中，S-表示老化t小时后复合材料的剩余强度，单位MPa；

S₀-表示复合材料的初始强度，单位MPa；

η—表示复合材料的固化程度参数；

入—表示复合材料和外部环境参数；

t-表示老化作用时间，单位h；

β-表示复合材料抵抗裂纹扩展的能力参数；

α-表示外部环境侵的蚀性系数。

通过对式(1)分析研究，发现只采用单一的宏观参数α来表示环境中不同老化因素对复合材料性能的影响，不仅不能够反映实际老化环境不同因素的变化，也不能体现出复合材料在实际服役环境中受各个主要老化因素的影响，使得式(1)在复合材料老化环境中的使用受到局限。而影响复合材料的老化因素有很多，如紫外线、温度、湿度酸、碱、盐溶液和有机化合物等。

因此，如何在考虑复合材料工作环境中的主要老化影响因素的条件下，提出一种更为合理的复合材料的老化剩余寿命(强度)预测方法，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供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。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

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，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-ΣA_iln[1+B_it(x_i)](i＝1，2，……)

式(2)中，S为材料老化后的强度；