復材風電葉片的成本占整機成本的15%-20%，但其常見的制造缺陷對葉片制造商乃至整機制造商或業主造成的損失十分嚴重。對其常見制造缺陷的研究，有利于控制風電葉片在制造過程中的關鍵缺陷，降低損失。本文通過葉片制造商、維修公司、風場運行者及第三方等多個途徑，對已經完成制造或運行中的葉片缺陷進行了大量的統計與分析，主要研究鋪層褶皺及氣泡兩種常見的缺陷。作者對褶皺的分布規律、褶皺的描述方法及褶皺的測試研究、褶皺對損傷影響評價手段進行了詳細的討論。

1 褶皺描述

鋪層褶皺分為面內褶皺和面外褶皺兩種，如圖1所示。為了清晰的觀測褶皺，本文通過切割后的橫截面進行面外褶皺圖片采集，面內褶皺則直接進行圖片采集。然后采用專業圖像處理軟件Image J剔除其他元素的影響，將圖片處理成8 bit的色素，而后對褶皺進行手動標注，再將褶皺提取成如圖2所示的局部特征圖。最后采用三次樣條曲線或正弦曲線擬合的方式對褶皺進行描述，如圖3所示。用于特征描述所采用的元素有三，褶皺幅值、步長和偏軸角。

圖1

圖2

圖3

2 褶皺分布研究

如圖4給出了本文所研究的原始褶皺數據的離散分布圖，包括面內褶皺和面外褶皺的幅值、偏軸角分布圖，并對褶皺的幅值、偏軸角及發生頻次進行了威布爾分布擬合，如圖5所示。從圖5可以看出，褶皺的大部分特征元素的分布符合正態分布。

圖4

圖5

3 褶皺的縮比測試

為了便于褶皺研究，需要將實際葉片上的較大褶皺通過一定的縮比方式，通過小試件的測試性能實現對實際葉片褶皺的性能的研究。可以通過式1進行不同體積大小的研究對象的強度縮比。從(式1)可以看出，隨著試件尺寸的增大，其強度隨之減小。

其中，σ為強度，V為體積，m為威布爾分布常量，可以取29.1.

對于小的褶皺試件，本文采用CT進行褶皺及氣泡測量。

4 缺陷的危險性評估

4.1 材料性能測試

通過測試含缺陷的材料性能，建立起缺陷與本構的關系，并將此關系應用到全尺寸有限元分析中，評估其危險性。

4.2 危險性及嚴重度參數識別

本文將創立于1940的美國軍方缺陷危險性評估手段FMECA應用到葉片上。FMECA包括如下參數，失效影響可能性，失效模式比例，失效比例，運行時間。這些參數可以通過(式 2)所示的模式危險性系數和項目危險性系數進行危險性評估應用。

其中，β為失效影響可能性，α為失效模式比例，λp為失效比例，t為運行時間。Cm為模式危險性系數，對其求和就是項目危險性系數Cr。

葉片危險性和嚴重度評估可能用到的參數。

通過對表1中各參數進行定性或定量的評估，繪制圖6所示的危險性矩陣，有利于建立葉片的接收或拒收準則。

圖6

需要指出的是，一般一個結構或部件在其生命周期內的可靠性符合如圖7所示規律。也就是，在生命周期的初始期內，葉片失效比例較高，此后會有一個較長且平穩的相對較低的失效比例，最后，在臨近其壽命極限時，其失效率與初始時期接近，存在明顯的上升趨勢。

圖7

本文提供了一套較為完整的常見制造缺陷——裂紋的特征描述方法，測試方法及評估手段，為人們對葉片制造缺陷的研究開辟了奠定了基礎。