王超：

各位专家、各位嘉宾、各位同仁：大家上午好。我今天给大家在这里分享的主题是部件测试在大叶片结构设计中的应用。前面两位嘉宾都不约而同都提到了部件测试，包括昨天的报告也提到了这个事。因为现在随着整个新规划的落地，部件测试在未来的大叶片结构设计中也是有相当重要的影响地位。

    我的汇报包含了这三个方面，首先我们看第一部分，因为现在我们在讨论大型化、轻量化包括低成本，是大家一直讨论的热门话题，那么这个叶片大型化会给我们带来什么影响呢？首先我们感受到就是叶片确实变大了，另外一个就是叶片重量的增加，重量的增加一方面是成本的提升，另一方面就是重量导致的载荷逐渐变成我们结构设计中的一个驱动。在过往的小的叶片设计中我们可能考虑疲劳载荷，但是现在我们发现，疲劳载荷在叶片设计中会有状态的影响。另外一方面我们会发现风场中出现的事情，就是我们在叶片的结构设计中我们一直相当于做着对风险的识别，对风险制定的解决方案，到最后的风险规避。但是纵然我们做了这些，我们所有的叶片在风场运行中的时候，我们还会发现个别的叶片还是出现了一些损伤，例如后缘的开裂，叶片表面的鼓包或者是叶片表面的裂纹。

    我们分析了它的原因，无非是三个方面，分别是设计、制造和材料性能的偏差，包括设计和制造过程当中的褶皱，然后褶皱会造成材料性能的偏差，那么这些问题我们怎么办呢？过去更多还是通过经验来处理这样的事情。

    那么既然我们有这些问题，那么我们在设计过程中应该怎么考虑这些影响呢？具体的材料测试和工艺条件的考试，我们进行结构的概念设计，然后通过多种载荷迭代，寻找整个主机系统包括整个风电系统，最终就是希望让他们能够匹配的一个载荷，所以这样一个定满载荷就进入到了我们详细的设计过程当中。

    所谓的详细设计过程就是一个风险管控的过程，所谓的风险管控就是基于我们目前的认识，和这个规划的要求，我们对叶片进行所有事情的评估，全尺寸的覆盖，这样我们就可以看到整个叶片，因为它作为一个复合材料体系，这种结构形式有一个很大的特点，就是它是多种模式的设计，所以在叶片的设计过程中会影响到我们这么多种模式，然后还进入到叶片的设置、测试和认证。所以这个时候我们就会想，既然所有的一些功能我们看似完美，相当是一环一环往下推进，但是为什么还会出现这么多问题呢？其实就是在我们的设计和叶片测试这一块儿。

    叶片测试本身就是设计的一个验证，可以对你整个叶片承载的认证。那么为了解决这个问题，我们就可以对我们的测试和设计之间的比对，看看他们的差异到底在什么方面。

    首先从测试角度来讲，测试关注两个方面，一个是测试载荷，一个是测试区域。其实测试载荷的方向非常多，可以从360度都进行载荷，但是便于我们后期设计评估的过程中我们是进行一定的简化的。在早些年，我们的载荷主要是四个方向，但是近两年，大家逐渐的都把多方向载荷加入了进来，所以从这个角度可以看到，我们的设计评估的载荷方向来说，我们是远大于实际载荷方向的。

    另外就是从整个叶片的区域，我们的叶片现在越来越大，然后整个测试的难度也是与日俱增，从整个设计角度来说，我们进入了一个全尺寸的设计，但是从测试角度来说，基本上精密测试能覆盖70%左右的区域，疲劳测试大概是40%到50%的区域。从这两个方面看，从设计到测试，其实我们会存在一个相当于是相互匹配性的话其实还会存在一定的区别，就是说有一些没有被覆盖。但是基于这样的一个现在的现有条件，如果来提高我们叶片设计的可靠性，分段也就变的非常关键。我们也在想有没有什么更好的办法来处理这个问题。

    在这一轮的新的标准推出的时候，其实说是给了我们一个答案，或者说给了我们一个方向，就是1400规范落地了，这个规范的内容编排包括整体的框架思路都出现了非常大的变化，所以这个也导致了我们整个行业在面对这个新规划落地的时候，并不是前几年我们规范的根基我们直接用就行了，现在往往大家都是把它当做一个项目来做，因为它对我们传统的设计做好的方法，提出了一个更新或者更明确的要求。它最大的特点就是说把我们的生产考虑进来，因为我们的叶片设计的时候，我们所有的设计都是纸面上的，但是往往我们生产的时候会有脱离的环节。所以我们的主导思想就是动作不同的测试来验证你的算法精度，进而实现你的叶片的设计的可靠性的提高。

    第二个部分就是我是借助金风科创做的一些工作给大家做一些分享。我们看这种积木式方法，这个概念在风电里面提的话，可能大家觉得相对比较新，因为前几年毕竟没有人提这个话题。但是其实这个方法是一个比较成熟的一个方法，特别是在我们这个航空工业领域，其实用的已经比较成熟了。它其实像主要的基本原理就是试验和分析相结合，试件尺寸复杂程度都逐级提高。然后试件的测试数量也是逐级递减。

    基于这样的过程，我们认为整个叶片测试基本上可以分成三大块，我们需要分块来做第一部分就是方案的设计与仿真，第二个部分就是工艺方案与制备，第三个就是数据统计和分析。这个里面给的方案的仿真要求非常大，我们需要优化参数的确定，并且还要进行迭代计算，这个部件测试的分析绝不仅仅是我们从全尺寸叶片里面取出来一块进行子部件的仿真，这个相当于是完全另外一个概念。第二个是工艺方案和制备，它需要我们测试设备设的安装和调试，并且加载测试，还要进行数据采集。第三个是数据统计和分析，我们要测试和仿真的差异性评估，还要优化我们的建议。这个里面也是给了我们一个机会来定义这一块儿的内容。

    后面我会结合我们做的一些工作，我们在2018年开始做这一部分的工作，陆续的在这个里面摸爬滚打，也摸索了一些东西，也做了一些研究。后面我会结合后缘稳定性的测试，刚才就是在欧洲那边已经做过这个了，但是我们自己认真做的时候就会发现有各种各样的问题，需要你逐步的一个一个的去解决。

    为什么测试这个后缘呢？因为后缘其实从结构设计和生产工艺来看都是一个非常复杂的区域。在后缘的设计里面，我们存在着一个后缘铺设的区域，在这个区域里面还存在着一个粘接的区域，因为整个粘接在整个结构里面是一个非常重要的环节，而且是控制难度系数比较高的，特别是现在的这个新的规范，对粘接提出了非常高的要求。我们过往考虑粘接的宽度和厚度，现在我们对粘接的形状也需要考虑了，它和以往是完全不同的。另外就是它的错层，还有就是它在这个区域里面，其实主要的测试模式主要是两种，一个是稳定性，还有一个就是开裂。

    在部件测试当中首先就是仿真，我们要对极端载荷工况进行确定，然后是进行全尺寸叶片应力、应变评估，第三是进行模型尺寸及边界条件的确定，四是变量定义和计算，最终是部件极限承载力的确定。我们通过我们的优化参数来确定迭代范围，相当于满足我们的要求，并且确定迭代工程对应承载的核算作为我们后面测试的指导。

    在这个里面就是我们样件进行制作的时候，设计和工艺我们一定要保持一致性，特别是在工艺条件这一块儿，在生产制造过程中，我们在一些局部区域的生产，然后它的检测手段是有限的，然后很难说我能精确的检测到实际的生产状况达到一个什么样的效率，这是一个难点。比如说我们这个粘接，我们很多看到的地方觉得是相当可靠的，但是难以看到的地方可能很大程度就依赖于工厂生产的工艺管控和工艺技能方面的使用，加上后期的检测。但是所有的检测，只要是碰到多种材料叠加的话，在这个区域里面检测也是存在着不小的难度，所以在这个里面我们就要强调你设计的和工艺的一致性。

    另外一个就是加载的过程，这个里面首先是一个非标的设备，这个测试的过程对我们来说，其实我们的想法就是在测试的过程中，其实你也要对比加载，尽可能要精确，然后加载的数据也要控制一下，还有就是测点的布置要相对来说尽可能的多。因为我们确实在这一块儿没有什么太多的经验，因为你现在需要一个探索和摸索的过程，我们希望在整个的测试过程中融入更多的测点的数据，来尽可能多的捕捉我们测试过程中出现的一些变化。

    后面是我们其实是测了很多东西，但是基于现在的一些测试结果，我就分享三个试件的测试结果，大家可以看一下。在这个测试结果里面，我们就是想着通过仿真的设备来测就行了，但是它有一点，就是它有的地方偏差还是比较大的。最开始我们是放线性结果放在里面，发现有的匹配还好，但是有的差别很大。

    这个是第二的试件，就是我们的测试应变与线性计算结果偏差小于25%，中部偏差小于17%，吻合是比较好的。另外就是它的PS面非现行计算结果和测试更接近，小于20%恩。在SS面由于边界条件和实际叶片的差异，所以非先性计算失稳位置的偏差波动比较大，实际叶片在破坏之前应变变化的线性度比较好。在这块而我需要我们更深入细化的探究。

    这是第三个测试件这个测试之后我们发现，这个试件的中部测试应变和线性计算结果偏差小于24%，吻合也是比较好的。然后在非线性计算里面，PS、SS应变分布和实际相近，SS面由于边界条件和实际叶片的差异，非线性计算失稳位置的偏差波动比较大。

    那么我们就会想我们做子部件测试的意义到底何在？它整个在测试过程中为什么能够提高我们设计的可靠性？因为我觉得一个降本和安全系数是一个方面，另外一个方面我觉得首先出发点还是要提高整个设计的可靠性。所谓的设计可靠性为什么是提高呢？无非是三个方面，材料、结构和工艺。以前我们都是考虑它直接的承接性，但是不可否认的就是说我们生产中可能会碰到一些其他形态不一样或者是不同的涂层，但是这些很多的细节可能在过往的里面考虑的比较少，或者有的甚至是不考虑。但是随着通过这样一个测试，它一些小部件是可以做的，这样可以进一步固化你的生产工艺。

    另外一方面，小部件测试完以后，它所有的材料还可以做进一步的测试，这个里面就可以看到，从材料结构到设计，材料的影响刚才说了，整个你试验室测一个差异，然后你生产过程当中再看它的差异，这只是一个方面。还有其他方面，比如说材料测试和结构测试生产，这些都是一个强关联，需要去量化，这样才能真正实现你整个安全系数和你的整个设计背后的考虑的影响因素真正落地。

    最后基于这样的一个分享，其实我想因为作为一个结构设计人员，我其实想的还是什么呢？这个图可以看出来，这个左边是我们以前做的，但是现在新的规范推出来，我们需要做的就是右边，就是说整个测试方法其实是一个非常成熟的方法。面对大叶片来说，什么是风险？其实风险就是我们现在能够想到的风险就不是大风险，真正的风险就是现在根本没有办法预测的风险。我们现在讨论未来大叶片的时候要考虑哪些问题，这些问题我们一直在推进，40米考虑50米、50米考虑70米，70米我们发现还能做更大，但是现在超百米了，我们到底要考虑什么？

    另外一个就是我国早些年我们叶片的设计和开发到投产，基本上不会碰到什么太多的问题，你的疲劳测试什么的都没有问题，但是近几年，大家可以看到，或多或少有一些在叶片开发过程中在测试的时候就会有问题，或者是在生产过程中的一些问题，或者很多看似都是一些很标准的行为动作也会带来问题，这就是大叶片给我们带来的思考。这些东西是我们没有办法考虑到的，所以我们现在测试的方法最大的优点就是能让我们找到问题，找到解决方案，这样才能解决整个安全性的提高。

    另一方面，因为你所有的设计，现在我们这个里面需要我们全行业协同起来，从材料开发到结构设计到厂家的生产，需要把这个生产制造量化起来，才能真正的落地这个相关的可靠性，才能真正从设计到生产中的最终的落地。

    以上就是我的一个分享。谢谢大家。

         (内容来自现场速记，未经本人审核)