风电叶片大型化、轻量化趋势日益增长，对叶片设计提出了更高的要求。风电叶片子部件测试以高效率、低成本著称，适用于叶片复杂结构研究、局部材料更换评估、维修方法验证等场景。3月26日，在江苏连云港举办的2021中国国际风电复合材料高峰论坛上，鉴衡认证中心贾攀峰做了《风电叶片子部件测试研究与实践》的报告，以下为报告实录：

尊敬的各位领导、各位专家，大家好！

很荣幸能跟大家汇报鉴衡在风电叶片子部件测试方面的研究进展，鉴衡认证在叶片领域开展了涵盖叶片全生命周期的技术服务，包含叶片与原材料的测试及认证、服务认证，运维检查、故障分析等方面，今天跟大家分享的主要是我们对叶片子部件测试的方法和应用。我的介绍主要从四个方面入手，首先是风电叶片子部件测试简介，然后是对国内外子部件测试开展情况，其次是鉴衡开展的部件测试介绍，最后是我们开展子部件测试的相关支持。

风电叶片子部件测试简介

当前比较常见的风电叶片测试种类是全尺寸测试、子部件测试和原材料测试，随着测试样件尺寸逐渐减小，‌‌全尺寸测试到部件测试的模型也会越来越小，‌‌测试结果更加精准，测试结构也比较好制作。子部件测试的最大优势是测试周期短、成本低、对于运输和测试场地的要求低，并且可以针对叶片局部结构进行测试，比如，在叶片模型方案评估时，只需要把维修这部分取出一块特征区域做模型或样件来进行测试，目前比较常见的子部件测试有预埋螺栓套测试、粘接性能测试、局部稳定性测试和制造误差评估测试。

子部件测试‌‌的应用场景大概有四个方面，首先是对于这种叶片的复杂结构的评估，随着叶片尺寸变大以后，它里面细微的结构，如小护板会更加复杂；其次是材料的替换的评估，‌‌比如叶片有降本需求，需要改一个新的结构，如果进行全尺寸测试，会耗费大量的时间和经济成本；第三点是维修方案的验证，‌‌在役机组的叶片偶尔会有一些小故障，这种情况下将叶片全部拆下来进行测试耗时费钱，而子部件测试则可以低成本、快速地验证维修方案；最后一个是评估叶片生产制造中的误差或缺陷影响，叶片在生产过程中的各个环节都有可能产生，比如模具的放置位置、定位等，子部件测试可以集中评估，快速解决。

IEC 61400-5：Wind energy generation systems–Part 5: Wind turbine blades 于2020年6月份正式发布，这是中国在风电领域牵头编写的第一项国际标准，鉴衡是该标准的发起和制定机构之一。该标准把叶片结构大致分为层压板、三明治夹心结构、纤维间失效、叶片静态稳定性、粘结接头五类，对这五类结构分别列出系数变化，给出参考值和降系数的方法。行业内常提的安全系数γm，标准里将γm分成了从γm0到γm5在内一共6个系数，每个系数都给出一个参考值，并且给了如何将参考值降低的方法，通过标准进一步为部件测试提供依据。

图2三个表是从标准里筛取的粘接接头的系数汇总，‌‌第1个表是‌‌在不做任何测试和仿真模拟的情况下需要的系数，粘接接头的极限强度评估中γm就要取到4.12，这是一个比较高的安全系数了，如果能做一些仿真，比如说用了一个基于应力准则的有限元模型，极限强度就可以降到2.68；如果说再加入一些剥离测试和剪切测试等子部件测试，就有可能选择更低的系数2.27，‌‌这几个表主要是针对于γm4的降低，同时还可以通过子部件测试等方法为系数γm3（制造影响因子）降低提供可能。总之，在IEC 61400-5的体系下，通过叶片部件测试，不仅可以选择出更合理的局部安全系数，还可以评估叶片的生产工艺水平、叶片结构设计合理性，并有针对性的进行改进。

国内外子部件测试的开展情况

据调研‌‌，国内外对风电叶片测试相关的研究热度一直在增长，子部件测试成为其中一个热点，其中丹麦DTU、德国Fraunhofer、荷兰WMC等机构的研究比较广泛和深入，而国内主要集中在工程应用领域。图3我统计了国内外开展子部件测试的项目汇总，中间部分是国内外都在开展的，‌‌有预埋螺栓套测试（静力）、后缘稳定性测试、前缘防护测试（雨蚀测试）、后缘粘接测试。右边那一列，是国外做的较深入的。但国内也有国外未曾开展的项目，如截面属性测试。

图4（国外）图5（国内）是部件测试现场展示图，‌‌总的来讲，国外的子部件测试开发了不少新的测试方法，测试设备也比较先进，比如数字图像相关（DIC）系统、激光跟踪系统等等，‌‌另外，国外对于版权的重视程度也比较高，他们的很多成果、理论都会转化为论文和专利，WMC进入中国才三年，‌‌但是他在中国申请专利已经超过40项了；但是‌‌国内近几年各大企业研究机构对于部件测试的投入也在逐年的增加，相应的测试需求也在不断增长；随着IEC 61400-5的发布，国内对于叶片测试的细化工作也已经开始进行，这将会进一步的推动国内子部件测试的实际应用和落地‌。

部件测试方法

第三部分主要是讲一下鉴衡认证现在在部件测试方面的工作。以目前正在进行的截面属性测试项目‌‌为例，叶片在‌‌实际生产过程中会有各种各样的偏差，‌‌在设计中比如截面，会有设计值参数，但在设计制造过程中，因为制造偏差等因素会偏离设计值，‌‌但是这两个偏差的评估暂时还没有很可信的验证方法，现在主要是通过将安全系数增大来进行控制。截面属性测试项目主要目的是通过测试把叶片的截面属性，比如质心、剪切中心、截面刚度等测试出来，‌‌给后续的叶片设计或认证评估等工作提供数据支持。‌‌测试项目主要包含质心、转动惯量、剪切中心度、挥舞刚度等9个小项，下面我重点说一下其中的剪切中心测试和惯性轴角度测试。

首先是剪切中心‌‌测试，它的‌‌理论支撑是Euler梁理论，‌‌可以在梁的不同位置，施加一个当前载荷，通过测量它对应的扭角变化，通过线性拟合的得出它对应的剪切中心位置‌。从测试结果来看，目前搭建的测试系统测试精度还是比较高的，实测曲线拟合后的相关度能达到0.9995；第2个是惯性轴角度，‌‌在现有测试里面做的比较少，因为它主要跟气动这块关系比较大‌‌，测试的主要用到了转动惯量测试方法以及惯性积的测试方法。这是我们测试的其中一组结果，测试数据的一致还不错，变异系数与理论值的偏差在预估范围之内。

‌‌除了上面的测试，我们正在做的其他两个部件测试项目是后缘粘接测试和后缘稳定性测试， ‌这两个项目主要是给叶片设计中选择合适的后缘安全系数提供数据支持。‌‌

项目依托

最后想要分享一下的是叶片子部件测试的支持资源。为了做好叶片子部件测试，我们在测试基地和平台支撑方面都做了相应的准备工作。上图是由国家认监委批准，鉴衡认证建设的国家海上风电装备质量监督检验中心，位于广东阳江，是我国唯一满足国际标准的综合性海上风电设备检验检测平台，包含整机装备检测实验室、满足150米叶片全尺寸试验的实验室以及在役机组检测实验室，叶片全尺寸实验室里设有叶片子部件测试的试验台，近期正在开展一个新的子部件测试项目。

除此之外，鉴衡在2020年9月份成立的风电叶片测试领域的合作平台——风电叶片测试创新发展中心，中心目前包含行业实验室、叶片制造厂、整机制造企业、认证机构在内的十四家单位‌‌，开展了叶片检测实验室间能力比对与叶片固有频率测试技术规范编制两个项目组工作，计划今年年底发布《固有频率能力比对报告》、《叶片固有频率测试技术规范》等文件；中心也即将成立风电叶片子部件测试工作组，进一步推动‌‌子部件测试研究及应用。风电叶片测试创新发展中心希望能够把行业上下游各方团结在一起，提供一个叶片测试技术共享和交流的平台，解决在生产实践中遇到的现实问题，‌‌不断完善创新现有测试技术，‌‌欢迎有兴趣为风电叶片领域添砖加瓦的同仁加入！

以上是我汇报的整体内容，谢谢大家。