[发明专利]复合材料风电叶片损伤的修复与修复后结构健康监测方法

说明书

一种复合材料风电叶片损伤的修复与修复后结构健康监测方法，属于风电叶片技术领域；具体包括：1，检测法确定损伤区域的位置和形状，打磨抛光，设计损伤区域的阶梯式错茬打磨方案；2，在错茬打磨区域制备MXene/CNT传感器，在传感器长度方向两端设置电极，得到微纳米传感器；使微纳米传感器阵列在损伤底部和原始纤维布的错茬区域，总共布置2n个传感器；3，按照原铺层设计铺设n+6+2层纤维布；4，采用真空袋压成型工艺进行修复；5，在叶片工作时采用微纳米传感器进行实时监测，通过传感器反馈的数据图像，发现裂纹，并根据各传感器之间的数据对比，确定裂纹出现的位置与深度。

技术领域

本发明属于风电叶片技术领域，具体涉及一种复合材料风电叶片损伤的智能修复与修复后结构健康监测方法。

背景技术

风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的可再生能源，很早就被人们利用，利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。叶片作为风力机的核心部件之一，故障发生率高，叶片损坏、折断等事故也不乏见，直接影响着发电量的高低，间接影响着经济和社会效益。利用纤维布错茬铺设修复复合材料风电叶片结构的方法可有效抑制现有损伤的扩展，提高结构的使用寿命和使用安全性。相比于传统铆固修复技术，纤维布错茬铺设修复复合材料的技术具有应力传递平稳、避免附加应力集中的特点，并具有优异的疲劳与损伤容限性能，同时在风电叶片结构曲面处易于施工。但叶片修复结构在长时间服役过程中仍有较高的损坏风险，分层与脱粘破坏为复合材料修复部位的主要损伤模式。当叶片修复区域损伤被发现时，往往都是外部出现了明显的裂痕，而此时内部已经造成严重损伤，极有可能导致叶片报废造成极大经济损失。

为了避免上述情况的出现，需要对风电叶片修复区域进行实时的工作状态监测、损伤监测和剩余寿命估计来预测报警故障，保障叶片寿命，从而提高风力机的整体可靠性，因此对修复区域进行健康监测十分必要。目前最常用的修复结构健康监测方法有导波压电陶瓷传感器和光纤光栅传感器等。其中光纤光栅传感器具有尺寸小、精度高、稳定性好等特点，被认为最适用于复合材料的工作状态监测，但是其尺寸与纤维直径相比仍大了近两个数量级，当作为传感元件埋入复合材料时，这无疑是在复合材料中引入了缺陷。同时光纤光栅传感器还存在成本高、监测区域有限等不足，这些都限制了其在工程中的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种复合材料风电叶片损伤的智能修复与修复后结构健康监测方法，能在裂纹扩展初始就能使得风电叶片自检到损伤，实现结构损伤的早期预警，并无需停机即可实现叶片服役过程的在线监测，实时输出叶片结构的健康状态，如叶片结构薄弱部位裂纹萌生与扩展及叶片动力特性的变化，防止叶片损伤区域进一步扩大化。

本发明所述复合材料风电叶片由玻璃纤维增强环氧树脂复合材料通过真空辅助树脂灌注成型工艺制造而成，损伤部位必须按照原铺层设计选用相同类型的纤维布进行修补，第n+1层需与第n层纤维布类型相同，修补用的树脂胶液和修补后表面涂层必须与原待修区域所用树脂胶液和表面涂层相一致，该复合材料风电叶片损伤的智能修复与修复后结构健康监测方法，包括以下步骤：

步骤1：用超声波检测法确定损伤区域的位置和形状，将损伤区域的叶片漆面及蒙皮层打磨抛光，设计损伤区域的阶梯式错茬打磨方案；

步骤2：使用中间带有长和宽的比为2：1的矩形孔洞模具，在错茬打磨区域制备MXene/CNT传感器，传感器的长度方向沿错茬打磨区域的长度方向，在传感器长度方向两端设置电极，即得到微纳米传感器；使微纳米传感器阵列在损伤底部和原始纤维布的错茬区域，总共布置2n个传感器；其中n≥1，n为整数；

步骤3：按照原铺层设计铺设n+6+2层纤维布；依次先铺设n层原始纤维布，然后铺设6层补强层纤维布，最后铺设2层外蒙皮层纤维布；

步骤4：采用真空袋压成型工艺进行修复，此时微纳米传感器将充分浸润树脂，从而传感器与修复区域实现一体化成型，实现叶片的智能化修复；