各位領導、各位專家、各位嘉賓，大家好！

我報告的題目是：復合材料結構設計與制造的關鍵技術，這個報告題目也是和組委會商量之后確定的。主要這4個方面內(nèi)容做一個交流，這4條寫的很多，但其中主要關于風電葉片相關技術發(fā)展，這一部分內(nèi)容揀選出來。

一、研究背景

說到風電葉片，這個會開了十屆，我第一次參加，20年前時我們就與風電行業(yè)有接觸，當時我們承擔了550復合材料槳葉的項目，那時候保定地區(qū)就有一些葉片廠，我們與他們做了一些交流。與當時的情況比，今天從裝機容量到葉片直徑上都有了巨大的進步，這些進步從今天來看還是有賴于復合材料高水平的應用。

復合材料可以說是一個最完美的材料，對于葉片來說。它的這些性能和葉片設計和使用要求相對來說有非常完美的匹配，剛才各位領導也說復合材料應用現(xiàn)在已經(jīng)進入成熟期，盡管我們?nèi)〉昧撕軅ゴ蟮某删汀５鎸ξ覀儑绎L電新的發(fā)展形勢，我們還是面臨著發(fā)展的壓力，技術方面還有一些突破的可能性和突破的空間，后面我就圍繞這些方面和大家做一個交流。

二、復合材料設計技術

首先有可能的突破空間就是復合材料的設計技術，傳統(tǒng)的設計準則就是中間這幅圖的三角形面積。（圖示）這幅圖實際上是一個材料性能的設計域，在小三角形范圍內(nèi)這些點才是我們目前風電葉片所采用的材料性能設計域，也就是說這些點是我們目前可以采用的性能設計點。實際上我們現(xiàn)在復合材料技術發(fā)展，包括材料性能發(fā)展，以及自動鋪絲等工藝發(fā)展完全可以突破傳統(tǒng)的三角形設計限制。突破什么程度呢？我們看設計域的拓展就可以為葉片減重帶來很大的可能性。事實上國際國內(nèi)已經(jīng)做了很多這方面的研究，我們有一個4層的板，我們看纖維的鋪設角，傳統(tǒng)的鋪設角度都是0度、正負45度和90度。現(xiàn)在我們就突破這種約束，可以設計成任意角度的鋪層，把鋪層組合起來就形成了最右側(cè)的承合板，當然我們有代價，使每個不同角度都有變的，設計成本有一定提升。不管怎么說，我們采用一定的技術以后，實際上可以解決這個難題。如果這個設計準則實現(xiàn)突破的話，可以大幅度減輕復合材料葉片的重量。

（圖示）這個公式大家很熟悉，如果突破9度、45度、95度、正負45度限制，甚至突破對稱均衡限制的話，A的取值范圍會進一步擴大，同時會有B矩陣和D矩陣，實現(xiàn)拉彎耦合。它能帶來什么好處呢？這就是我們的研究成果，采用了變剛度設計方法，纖維束曲線的鋪設。就把加筋板失效的模態(tài)控制它，在B的情況下是傳統(tǒng)的設計準則，滿足一定強度情況下它的鋪層是20層，如果采用V1-V6，我們用16、15層就可以達到和20層相對的力學性質(zhì)，這樣減重降低20%，達到這樣的量級。再是實現(xiàn)了彎扭耦合，提高了它的氣動性能，這樣就可以控制葉片在實際工作中，尤其是復雜風場、大功率情況下的變形，能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的氣動外形，這也是突破傳統(tǒng)設計準則帶來的一個好處。再是控制它的固化變形，只要突破對稱均衡的準則，葉片固化變形是很容易控制的。如果要突破它的話付出的代價就是設計變量大幅度增加，這時候要采用一些新的設計手段，尤其是人工智能、機器學習的手段，這方面我們已經(jīng)做了相關研究，證明確實是可行的。

三、智能結構技術應用

智能結構技術應用說來已經(jīng)有很長歷史，從航空角度已經(jīng)有20多年。智能結構其實就是它的探測器、數(shù)據(jù)處理，以及預警裝置等，實現(xiàn)槳葉一旦出現(xiàn)緊張了我們及早發(fā)現(xiàn)。這是我們的研究結果，可以把復合材料內(nèi)部的典型損傷，以及對力學的性能影響做一個研究，當然通過實驗研究和計算模型進行研究。我們把受力情況下不同損傷狀態(tài)板子的響應通過神經(jīng)網(wǎng)絡記錄下來，就可以實現(xiàn)對葉片損傷的準確預測，這也是我們前期做的一部分工作，效果非常驚人的，它的預測精度能達到95%，也就是說比傳統(tǒng)的預測方法精度大幅度提升。

（圖示）這是聲發(fā)射得到的信號和人工智能方法結合起來，探測葉片的損傷，也就是這方面研究一直在做。

（圖示）這是丹麥技術大學智能結構的應用，主要是探測葉片損傷部位在工作時有一個不同的溫度，相當于正常的結構，沒有損傷的結構，損傷部位溫度有一定提升。通過熱成像技術定位損傷，然后把熱成像相關數(shù)據(jù)通過一套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)判斷槳葉的損傷。

我們提出的研究方法，只要通過一個簡單的測距系統(tǒng)，因為葉片一旦嚴重損傷之后它的剛度會變化，在正常工作的時候，葉片的姿態(tài)和上面點的運動軌跡就會發(fā)生變化。我們僅僅是通過監(jiān)測運動軌跡的變化，就能判斷葉片的損傷，尤其是葉片發(fā)生嚴重損傷，臨近損毀的狀態(tài)，我們可以把這套系統(tǒng)和葉片這套剎車系統(tǒng)結合起來，就能制止剛才葉輪的圖片，整個損毀狀態(tài)就會出現(xiàn)。這套裝置非常便宜，我們預測大概幾萬塊錢就可以裝配這套系統(tǒng)。

四、制造變形控制

變形是完全不可避免的，這是由復合材料本身特點決定的。它的影響因素又特別復雜，所以這方面研究已經(jīng)做了很多，很多的研究工作。這部分也是我們開展的一部分研究工作，我們從變形原理上做了分析，分成3個分析模塊去處理這個問題。每個模塊又涉及到好多參數(shù)，用了這套方法可以比較準確預測固化變形。相對變形來說，我們目前變形測量方法也有很多不科學的地方，我們又提出了一套面對裝配變形的測量方法，也把這套思路用一套軟件做了實現(xiàn)。根據(jù)不同的變形，我們可以通過這套虛擬裝配技術，葉片在裝配之前我們就提出一套優(yōu)化的裝置方案，比如電片的位置、電片的尺寸，以及裝配的次序，甚至吊裝和夾層的位置等，把這些因素結合起來實現(xiàn)葉片的個性化裝配，因為每個葉片變形是不一樣的。

（圖示）這是變形的軟件分析，我們在航空工業(yè)幾個大的場所都在用這套軟件做了一些變形分析。它比較突出的兩個作用：一個是鋪層設計時可以減小它的變形，對這種鋪層進行工藝變形的優(yōu)化設計。另外一旦出現(xiàn)變形時，我們可以自動設定修模的數(shù)模，怎么去修復它一下。當然對葉片，可能每個模具進行修模不容易，我們更強調(diào)設計階段時盡量減少它的變形。再結合智能化的裝配技術，就可以滿足葉片的高質(zhì)量制造。

五、維護和損傷檢查

我們飛機也是大量用的復合材料，產(chǎn)品一旦交付了就脫離不了維護和檢查這方面的工作。維護和檢查的這套思路不管在航空工業(yè)還是葉片工業(yè)，其實是一套思路。首先要發(fā)現(xiàn)損傷，判斷對這種損傷的評估，對力學性能的影響，再決定它的修理方法、維護方法等。目前這套檢測方法主要是目視檢測方法，我們現(xiàn)在把這套檢測方法通過圖像識別和機器學習辦法做了一些改進，只要在飛機的翼面，當然對應葉片進行照相就可以了。通過圖像識別的辦法，就可以比肉眼精度更高，能夠發(fā)現(xiàn)這些損傷的存在。一旦發(fā)現(xiàn)損傷存在之后，我們再通過C掃，當然對葉片來說，這些檢測方法可以結合無人機的技術，進一步確定它的損傷程度。

當然C掃輸出的只是一些圖片，我們把圖片輸入到經(jīng)過訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)里，就可以直接輸出損傷，即時就可以確定損傷對葉片性能的影響，就可以采取相應的措施。比如可以減速甚至停機等，只要檢測就可以馬上得出結論了。我們把這套系統(tǒng)結合到便攜設備中，把軟件和硬件結合起來，只要發(fā)現(xiàn)損傷之后就可以直接得出結果，就可以把這套檢測程序完全軟件化，可以和檢測設備結合起來。典型的修理方法，貼補、挖補法都有，我們航空也是用這套方法做的處理。我剛才說的系統(tǒng)直接可以出設計方案，而且我們有一套軟件分析平臺，可以直接把修理方案和評估報告提供出來，我覺得這套研究方法可能對風電發(fā)展也會有一定作用。

謝謝大家！