T/CSTMXXXXX—2022

風(fēng)電葉片用復(fù)合材料疲勞性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法

第3部分：夾層結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲疲勞

1范圍

本文件規(guī)定了風(fēng)電葉片用夾層結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲疲勞性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法的原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備、狀態(tài)

調(diào)節(jié)和試樣環(huán)境、試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理、試驗(yàn)報(bào)告和疲勞性能評(píng)價(jià)方法等。

本文件適用于風(fēng)電葉片用芯材（泡沫、balsa輕木等）的疲勞性能測(cè)試及評(píng)價(jià)，也適用于復(fù)合材料

風(fēng)電葉片制造用芯材的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、檢驗(yàn)和驗(yàn)收。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GBT35465.1聚合物基復(fù)合材料疲勞性能測(cè)試方法第1部分：通則

GB/T35465.2聚合物基復(fù)合材料疲勞性能測(cè)試方法第2部分：線性或線性化應(yīng)力壽命（S-N）和

應(yīng)變壽命（ε-N）疲勞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

ASTMC393StandardTestMethodforCoreShearPropertiesofSandwichConstructionsbyBeam

Flexure

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T35465.1界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

4原理

在不同的彎曲應(yīng)力或應(yīng)變水平下，以恒定的應(yīng)力或應(yīng)變振幅、應(yīng)力比或應(yīng)變比以及頻率對(duì)試樣施加

交變應(yīng)力，持續(xù)至試樣失效、對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理，繪制應(yīng)力壽命（S-N）或應(yīng)變壽命（ε-N）曲

線，將S-N曲線結(jié)果帶入風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中評(píng)估出疲勞安全系數(shù)。

5試樣

5.1試樣形狀和尺寸

夾層結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲疲勞試樣形狀為長(zhǎng)方體，試樣尺寸應(yīng)滿足表1要求，試樣尺寸推薦為600mm×60mm

×（試樣實(shí)際厚度）。

2

T/CSTMXXXXX—2022

表1試樣尺寸要求

單位為毫米

項(xiàng)目要求

長(zhǎng)度≥550

寬度＞2×總厚度

芯材厚度25±0.5

面板厚度2.5±0.2

總厚度芯材厚度+面板厚度

5.2試樣制備

5.2.1材料

夾層結(jié)構(gòu)試樣采用厚度為25mm±0.5mm的芯材，加工方式采用風(fēng)電葉片殼體的加工方式。

夾層結(jié)構(gòu)面板采用四軸向玻璃纖維織物（0°/90°/+45°/-45°）或等效織物組合，織物的各個(gè)方

向克重相等。

5.2.2試樣加工

在芯材上下兩面均鋪放四軸向玻璃纖維織物（0°/90°/+45°/-45°）或等效鋪層設(shè)計(jì)，通常采用

單位面積克重為800g/cm3的雙軸向玻璃纖維織物。芯材面板厚度為2.5±0.2mm；鋪放輔材后灌注樹(shù)脂，

按照樹(shù)脂固化制度固化后脫模，切割試樣，試樣尺寸滿足表1要求。試樣制備時(shí)應(yīng)考慮制備方法對(duì)試樣

可能的機(jī)械損傷，為保證試樣的質(zhì)量一致性和同質(zhì)性，要求每個(gè)試樣包含的加工方式相同，試樣寬度方

向上包含兩個(gè)沿試樣長(zhǎng)度方向的深槽或包含至少一個(gè)典型的加工方式完整結(jié)構(gòu)單元，如圖1所示。

單位為毫米

圖1疲勞試樣取樣示意圖

5.3試樣數(shù)量

推薦靜態(tài)試驗(yàn)有效試樣為6根，疲勞試驗(yàn)有效試樣至少為12根。

6試驗(yàn)設(shè)備

6.1試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合GB/T35465.1的規(guī)定。

6.2尺寸測(cè)量工具應(yīng)精確至0.01mm。

6.3夾具和輔助設(shè)備應(yīng)保證試樣在試驗(yàn)中不發(fā)生扭曲、滑移和應(yīng)力集中。

6.4四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)夾具應(yīng)符合ASTMC393的規(guī)定。

7狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)環(huán)境

3

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試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)應(yīng)在試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件為溫度23℃±2℃，

相對(duì)濕度50%±10%，狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間至少為24h。

8試驗(yàn)步驟

8.1對(duì)試樣進(jìn)行外觀檢查，有缺陷、不符合尺寸或制備要求的試樣，應(yīng)予作廢。

8.2對(duì)試樣進(jìn)行編號(hào)，測(cè)量工作段內(nèi)任意三點(diǎn)的寬度和厚度，取算術(shù)平均值。

8.3靜態(tài)四點(diǎn)彎曲剪切強(qiáng)度按ASTMC393進(jìn)行測(cè)定。

8.4按疲勞試驗(yàn)要求選擇波形和試驗(yàn)頻率。試驗(yàn)波形一般為正弦波，試驗(yàn)頻率推薦5Hz。

8.5按試驗(yàn)?zāi)康拇_定應(yīng)力比或應(yīng)變比。夾層結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲疲勞應(yīng)力比或應(yīng)變比大于1，推薦為10。

8.6測(cè)定（S-N）曲線（ε-N）曲線時(shí)，按試驗(yàn)?zāi)康?，至少選取4個(gè)應(yīng)力或應(yīng)變水平，每個(gè)應(yīng)力水平

至少3個(gè)有效試樣。選取應(yīng)力或應(yīng)變水平的方案如下:

a）第一個(gè)水平以103~104循環(huán)次數(shù)為目標(biāo)，試樣有效數(shù)據(jù)不少于3個(gè)；

b）第二個(gè)水平以104~105循環(huán)次數(shù)為目標(biāo)，試樣有效數(shù)據(jù)不少于3個(gè)；

c）第三個(gè)水平以1×105~5×105循環(huán)次數(shù)為目標(biāo)，試樣有效數(shù)據(jù)不少于3個(gè)；

d）第四個(gè)水平以1×106~2×106循環(huán)次數(shù)為目標(biāo)，試樣有效數(shù)據(jù)不少于3個(gè)。

8.7通常從第一個(gè)水平開(kāi)始疲勞試驗(yàn)，若循環(huán)次數(shù)與預(yù)期差異較大，則逐量升高或降低應(yīng)力或應(yīng)變水

平。無(wú)特殊試驗(yàn)?zāi)康?，各?yīng)力或應(yīng)變水平應(yīng)使用相同頻率和應(yīng)力或應(yīng)變比。

8.8調(diào)節(jié)支撐跨距及上壓頭的位置，精確至0.5mm，試驗(yàn)跨距按ASTMC393執(zhí)行，推薦支撐和加載

加載點(diǎn)跨距如圖2所示。

圖2四點(diǎn)彎曲疲勞試樣安裝示意圖

8.9標(biāo)記試樣受拉面，將試樣對(duì)稱地放在兩支座上，應(yīng)確保試樣中心與測(cè)試中心線一致。必要時(shí)，在

試樣表面與支撐和加載壓頭間放置柔性襯墊物，防止試樣受壓失效。

8.10若進(jìn)行應(yīng)變控制，在跨距中點(diǎn)處安裝應(yīng)變儀或其他應(yīng)變測(cè)量裝置，與試樣下表面接觸，并在無(wú)載

荷時(shí)對(duì)應(yīng)變清零。

8.11對(duì)試樣加載直至試樣失效。在試驗(yàn)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)試樣表面溫度并記錄，若試樣溫度變化超過(guò)10℃，

啟用散熱裝置，若散熱裝置不能降低試樣的溫度，應(yīng)重新選擇試驗(yàn)頻率。

注：失效條件包括試樣破壞、試樣的剛度衰減到協(xié)定的要求值、肉眼可見(jiàn)的損傷等。

8.12試驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)檢查設(shè)備狀態(tài)，觀察試樣的變化，每水平至少記錄一根試樣的溫度。

8.13試樣失效后，應(yīng)保存好試樣斷口。檢查試樣的失效模式，特別注意加強(qiáng)片邊緣或夾持部位產(chǎn)生的

破壞。去除所有不可接受的試樣并補(bǔ)充試驗(yàn)。

4

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9試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

9.1給出所有試樣的疲勞壽命。

9.2按GB/T35465.2的規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并繪制應(yīng)力壽命（S-N）或應(yīng)變壽命（ε-N）曲線。

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)至少包含以下內(nèi)容：

1)試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)；

2)試驗(yàn)材料規(guī)格牌號(hào)、輔助材料規(guī)格牌號(hào)等說(shuō)明；

3)試樣試樣制作加工工藝說(shuō)明；

4)試樣編號(hào)、形狀、尺寸、外觀質(zhì)量、數(shù)量；

5)試驗(yàn)環(huán)境及試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)；

6)試驗(yàn)設(shè)備

7)試驗(yàn)日期及其他

8)試驗(yàn)頻率、應(yīng)力比、控制模式和波形類型

9)試樣靜態(tài)四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度

10)面板纖維體積含量和纖維質(zhì)量含量

11)S-N曲線（縱坐標(biāo)為應(yīng)力振幅）、不同置信度下的SN曲線（5%、50%、95%）及對(duì)應(yīng)疲勞壽

命預(yù)測(cè)

12)試樣破壞前后圖片。

11疲勞性能評(píng)價(jià)方法

風(fēng)電葉片用夾層結(jié)構(gòu)的疲勞損傷采用應(yīng)力比（R=0.1）的S-N曲線計(jì)算得到，夾層結(jié)構(gòu)的疲勞損傷

計(jì)算方法具體如下：

步驟1：采用ANSYS軟件計(jì)算單位載荷下沿纖維方向的最大應(yīng)變值。

步驟2：根據(jù)式（1）和式（2），計(jì)算與每個(gè)Markov矩陣中的載荷對(duì)應(yīng)的應(yīng)變均值和幅值。：

………（1）

……（2）

式中：

——載荷幅值，單位為kNm；

——載荷均值，單位為kNm；

——對(duì)應(yīng)的應(yīng)變幅值，無(wú)量綱；

——矩陣中的應(yīng)變均值。

步驟3：根據(jù)Goodman圖對(duì)應(yīng)的S-N曲線，可以確定該載荷下許用循環(huán)次數(shù)N。

步驟4：使用線性損傷累積算法來(lái)確定損傷。

5

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…………（3）

式中：

D——累計(jì)損傷，是指現(xiàn)有載荷下的循環(huán)次數(shù)ni與許用循環(huán)次數(shù)Ni的比值的和。

ni——為實(shí)際循環(huán)次數(shù)；

Ni——為許用循環(huán)次數(shù)

步驟5：合格判定要求：累計(jì)損傷D≤1。

6

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附錄C

（資料性）

起草單位和主要起草人

本文件起草單位：中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司、金風(fēng)科技股份有限公司、北京玻鋼院檢測(cè)中

心有限公司、保定維賽新材料科技股份有限公司

本文件主要起草人：宋秋香、魯曉鋒、劉妍、武攀、劉芳、彭興財(cái)、苑初明、王冬冬

7

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參考文獻(xiàn)

[1]DNVGL-ST-0376Rotorbladesforwindturbines

[2]DNVGL-CP-0084Sandwichcorematerials2016.

_________________________________

8

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX—202X

風(fēng)電葉片用復(fù)合材料疲勞性能測(cè)試評(píng)價(jià)方

法第3部分：夾層結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲疲勞

Testandevaluationmethodoffatiguepropertiesofcompositesmaterialsfor

windturbinebladesPart3:4-pointbendingfatigueofsandwichconstructions

（征求意見(jiàn)稿）

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

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風(fēng)電葉片用復(fù)合材料疲勞性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法

第3部分：夾層結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲疲勞

1范圍

本文件規(guī)定了風(fēng)電葉片用夾層結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲疲勞性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法的原理、試樣、試驗(yàn)設(shè)備、狀態(tài)

調(diào)節(jié)和試樣環(huán)境、試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理、試驗(yàn)報(bào)告和疲勞性能評(píng)價(jià)方法等。

本文件適用于風(fēng)電葉片用芯材（泡沫、balsa輕木等）的疲勞性能測(cè)試及評(píng)價(jià)，也適用于復(fù)合材料

風(fēng)電葉片制造用芯材的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、檢驗(yàn)和驗(yàn)收。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GBT35465.1聚合物基復(fù)合材料疲勞性能測(cè)試方法第1部分：通則

GB/T35465.2聚合物基復(fù)合材料疲勞性能測(cè)試方法第2部分：線性或線性化應(yīng)力壽命（S-N）和

應(yīng)變壽命（ε-N）疲勞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

ASTMC393StandardTestMethodforCoreShearPropertiesofSandwichConstructionsbyBeam

Flexure

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T35465.1界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

4原理

在不同的彎曲應(yīng)力或應(yīng)變水平下，以恒定的應(yīng)力或應(yīng)變振幅、應(yīng)力比或應(yīng)變比以及頻率對(duì)試樣施加

交變應(yīng)力，持續(xù)至試樣失效、對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理，繪制應(yīng)力壽命（S-N）或應(yīng)變壽命（ε-N）曲

線，將S-N曲線結(jié)果帶入風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中評(píng)估出疲勞安全系數(shù)。

5試樣

5.1試樣形狀和尺寸

夾層結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲疲勞試樣形狀為長(zhǎng)方體，試樣尺寸應(yīng)滿足表1要求，試樣尺寸推薦為600mm×60mm

×（試樣實(shí)際厚度）。

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表1試樣尺寸要求

單位為毫米

項(xiàng)目要求

長(zhǎng)度≥550

寬度＞2×總厚度

芯材厚度25±0.5

面板厚度2.5±0.2

總厚度芯材厚度+面板厚度

5.2試樣制備

5.2.1材料

夾層結(jié)構(gòu)試樣采用厚度為25mm±0.5mm的芯材，加工方式采用風(fēng)電葉片殼體的加工方式。

夾層結(jié)構(gòu)面板采用四軸向玻璃纖維織物（0°/90°/+45°/-45°）或等效織物組合，織物的各個(gè)方

向克重相等。

5.2.2試樣加工

在芯材上下兩面均鋪放四軸向玻璃纖維織物（0°/90°/+45°/-45°）或等效鋪層設(shè)計(jì)，通常采用

單位面積克重為800g/cm3的雙軸向玻璃纖維織物。芯材面板厚度為2.5±0.2mm；鋪放輔材后灌注樹(shù)脂，

按照樹(shù)脂固化制度固化后脫模，切割試樣，試樣尺寸滿足表1要求。試樣制備時(shí)應(yīng)考慮制備方法對(duì)試樣

可能的機(jī)械損傷，為保證試樣的質(zhì)量一致性和同質(zhì)性，要求每個(gè)試樣包含的加工方式相同，試樣寬度方

向上包含兩個(gè)沿試樣長(zhǎng)度方向的深槽或包含至少一個(gè)典型的加工方式完整結(jié)構(gòu)單元，如圖1所示。

單位為毫米

圖1疲勞試樣取樣示意圖

5.3試樣數(shù)量

推薦靜態(tài)試驗(yàn)有效試樣為6根，疲勞試驗(yàn)有效試樣至少為12根。

6試驗(yàn)設(shè)備

6.1試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合GB/T35465.1的規(guī)定。

6.2尺寸測(cè)量工具應(yīng)精確至0.01mm。

6.3夾具和輔助設(shè)備應(yīng)保證試樣在試驗(yàn)中不發(fā)生扭曲、滑移和應(yīng)力集中。

6.4四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)夾具應(yīng)符合ASTMC393的規(guī)定。

7狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)環(huán)境

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試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)應(yīng)在試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件為溫度23℃±2℃，

相對(duì)濕度50%±10%，狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間至少為24h。

8試驗(yàn)步驟

8.1對(duì)試樣進(jìn)行外觀檢查，有缺陷、不符合尺寸或制備要求的試樣，應(yīng)予作廢。

8.2對(duì)試樣進(jìn)行編號(hào)，測(cè)量工作段內(nèi)任意三點(diǎn)的寬度和厚度，取算術(shù)平均值。

8.3靜態(tài)四點(diǎn)彎曲剪切強(qiáng)度按ASTMC393進(jìn)行測(cè)定。

8.4按疲勞試驗(yàn)要求選擇波形和試驗(yàn)頻率。試驗(yàn)波形一般為正弦波，試驗(yàn)頻率推薦5Hz。

8.5按試驗(yàn)?zāi)康拇_定應(yīng)力比或應(yīng)變比。夾層結(jié)構(gòu)四點(diǎn)彎曲疲勞應(yīng)力比或應(yīng)變比大于1，推薦為10。

8.6測(cè)定（S-N）曲線（ε-N）曲線時(shí)，按試驗(yàn)?zāi)康?，至少選取