在風電機組大型化的技術發(fā)展趨勢下，葉片變得更加細長，其扭轉頻率不斷降低。在大型葉片運行的過程中，低階彎曲模態(tài)常常與扭轉模態(tài)相互耦合，葉片受力形式更加復雜，為葉片結構的安全性和可靠性帶來新的挑戰(zhàn)。圍繞大型葉片結構強度這一課題，現(xiàn)有國際學術研究普遍考慮葉片在彎曲荷載下的極限結構響應，在研究方法上，還以局部應變測量和破壞現(xiàn)象觀測為主，研究結論差異較大，學術爭議廣泛存在。
針對這一問題，中國科學院工程熱物理研究所風電葉片研發(fā)（實驗）中心的研究人員經(jīng)過系統(tǒng)的理論分析和周密的試驗設計，建立了宏觀結構破壞現(xiàn)象和微觀材料破壞特征的跨尺度定量關聯(lián)。在此基礎上，開展了國際上首次大型葉片結構彎扭耦合下全尺度結構的極限破壞試驗，全面揭示了幾何非線性、材料非線性和狀態(tài)（接觸）非線性三大固體力學基本非線性現(xiàn)象在大型葉片結構破壞過程中的強耦合相互作用關系。通過該項研究，研究人員澄清了空心截面扁平化現(xiàn)象，即Brazier效應，不是大型葉片結構破壞的主導因素，指出大型風電葉片結構非線性屈曲是驅動整個破壞過程的本質(zhì)因素，而接觸非線性則是決定葉片破壞位置和破壞強度的重要外部條件；同時，該研究還發(fā)現(xiàn)較小的扭轉荷載也會對大型葉片結構的破壞模式和后屈曲響應產(chǎn)生重要影響，為大型葉片結構設計方法的改進提供了重要理論依據(jù)。
學術成果在《復合材料結構》（Composite Structures）發(fā)表，研究工作得到國家自然科學基金項目（51405468）和國家高技術研究發(fā)展計劃“863”項目(2012AA051303)支持。
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