TCSTM-《风电叶片用复合材料疲劳性能测试评价方法 第2部分：结构胶拉伸剪切疲劳》

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

团体标准

T/CSTMXXXXX—202X

风电叶片用复合材料疲劳性能测试评价方

法第2部分：结构胶拉伸剪切疲劳

Testandevaluationmethodoffatiguepropertiesofcompositesmaterialsfor

windturbinebladesPart2:Structuraladhesivetensileshearfatigue

（征求意见稿）

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

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风电叶片用复合材料疲劳性能测试评价方法

第2部分：结构胶拉伸剪切疲劳

1范围

本文件规定了风电叶片用结构胶拉伸剪切疲劳性能测试评价方法的原理、试样、试验设备、状态调

节和试样环境、试验步骤、试验结果及数据处理、试验报告和评价方法等。

本文件适用于风电叶片用结构胶的疲劳性能测试及评价，也适用于复合材料风电叶片制造用结构胶

的设计、采购、检验和验收。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T21526结构胶粘剂粘接前金属和塑料表面处理导则

GB/T27595胶黏剂结构胶粘剂拉伸剪切疲劳性能的试验方法

GB/T35465.1聚合物基复合材料疲劳性能测试方法第1部分：通则

GB/T35465.2聚合物基复合材料疲劳性能测试方法第2部分：线性或线性化应力寿命（S-N）和

应变寿命（ε-N）疲劳数据统计分析

ASTMD3528StandardTestMethodforStrengthPropertiesofDoubleLapShearAdhesiveJoints

byTensionLoading

3术语和定义

GB/T27595和GB/T35465.1界定的术语和定义适用于本文件。

4原理

在不同的拉伸剪切应力水平下，以恒定的应力振幅、应力比以及频率对试样施加交变应力，持续至

试样失效，对试验结果进行分析处理，绘制应力寿命（S-N）曲线，将S-N曲线结果带入风电叶片结构

设计中评估出疲劳安全系数。

5试样

5.1试样形状和尺寸

试样采用双搭接试样，试样形状、尺寸见图1。结构胶胶层厚度推荐为10±0.2mm。

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说明：

1——舍弃部分；

2——内置聚四氟条；

3——胶粘剂；

4——夹持部分；

5——粘接区域；

单位为毫米。

图1试样的形状和尺寸

5.2试样制备

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5.2.1基材

试样的基材为玻璃钢板。玻璃钢板采用复合材料风电叶片成型工艺制备。推荐采用风电叶片常用树

脂灌注12层克重1240g/cm3的高模量单轴向玻璃纤维织物充分固化后制备，其中辅助材料脱模布应为客

户指定的风电叶片企业常用产品。也可以采用其它克重的高模单轴向玻璃纤维织物，玻璃钢样板厚度应

为10±0.4mm，基材纤维方向应与试样拉伸载荷方向一致。

5.2.2表面处理

表面处理应符合GB/T21526的规定，打磨、处理、清洁基材和垫板的粘接区域，基材表面不应有裸

露的纤维。

5.2.3粘结

5.2.3.1粘接工艺应符合胶粘剂生产厂家提供的技术要求。与结构胶粘接的玻璃钢样板表面需干净、

平整，不能使用表面处理剂擦拭处理（除非客户指定，需要在报告中明确）。

5.2.3.2试样的胶层厚度推荐10mm，也可根据胶粘剂特性或相关方要求进行控制。在粘接过程中可使

用插入间隔导线或小玻璃球控制胶层厚度，保证胶层厚度均匀一致，胶层厚度偏差≤0.1mm。

5.2.3.3粘接过程中可使用定位钳对搭接长度进行准确定位，确保粘接基材精确对齐，根据胶粘剂粘

度，分次堆积至大于试样胶层推荐厚度，及时挤压清理多余胶粘剂，保证胶层致密。

5.2.4试样加工

试样的加工过程应符合GB/T35465.1的规定。在采用机械加工时，应防止试样被机械破坏。为保证

试样的质量一致性和同质性，不建议单个试样制备。

5.3试样数量

推荐静态试验为6根有效试样，疲劳试验至少为12根有效试样。

6试验设备

6.1试验设备应符合GB/T35465.1的规定。

6.2尺寸测量工具应精确至0.01mm。

6.3夹具和辅助设备应保证试样在试验中不发生相对滑移。

7状态调节和试验环境

试样的状态调节和试验环境按GB/T35465.1的规定。结构胶在室温条件下也可能发生蠕变，在疲劳

试验前，需确保试验过程中使用的应力不会产生由于蠕变导致试样破坏。

8试验步骤

8.1对试样进行外观检查，有缺陷、不符合尺寸或制备要求的试样，应予作废。

8.2对试样编号，测量粘接面的粘接长度和粘接宽度，取3次不同位置测量的算术平均值。

8.3按ASTMD3528测定静态拉伸剪切强度。

8.4按试验要求选择波形和试验频率。试验波形一般为正弦波，试验频率推荐15Hz。

8.5按试验目的确定应力比。推荐应力比为0.1。

8.6测定S-N曲线时，按试验目的，至少选取4个应力水平。一般按疲劳试验的最大应力表征水平。

选取应力水平的方案如下:

a）第一个水平以103～104循环次数为目标，试样有效数据不少于3个；

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b）第二个水平以104～105循环次数为目标，试样有效数据不少于3个；

c）第三个水平以105～106循环次数为目标，试样有效数据不少于3个；

d）第四个水平以5×106循环次数为目标，试样有效数据不少于3个。

8.7通常从第一个水平开始疲劳试验，若循环次数与预期差异较大，则逐量升高或降低应力水平。若

无特殊试验目的，各疲劳水平应使用相同频率和应力比。

8.8夹持试样并使试样主轴线与上下夹头的对准中心线一致。夹持力不应过大以免损伤试样。

8.9对试样加载直至试样失效。在试验过程中，监测试样表面温度，若试样温度变化超过5℃，启用

散热装置。若散热装置不能维持试样温度，需重新选择试验频率。

8.10试验过程中应随时检查设备状态，观察试样的变化，每个水平应至少记录一根试样的温度。

8.11试样失效后，应保护好试样断口。检查试样的失效模式，试样呈基材破坏类型的应予作废，并补

充试验。

9试验结果及数据处理

9.1给出所有试样的疲劳寿命。

9.2按GB/T35465.2的规定进行数据处理，并绘制应力寿命（S-N）曲线。

10试验报告

试验报告中应至少包含以下内容：

1)试验方法及标准号;

2)试验材料规格牌号、辅助材料规格牌号等说明

3)试样编号、形状、尺寸、外观质量、数量；

4)试验环境及试样状态调节；

5)试验设备；

6)试验日期及其他

7)试验频率、应力比、控制模式和波形类型

8)试样静态拉剪强度

9)S-N曲线（纵坐标为应力振幅）、不同置信度下的SN曲线（5%、50%、95%）及对应疲劳寿命预测；

10)试样破坏前后图片。

11疲劳性能评价方法

风电叶片用结构胶的疲劳损伤采用应力比为R=0.1的S-N曲线计算得到，疲劳损伤计算方法具体如

下：：

步骤1：采用ANSYS软件计算单位载荷下沿纤维方向的最大应变值。

步骤2：根据式（1）和式（1），计算与每个Markov矩阵中的载荷对应的应变均值和幅值。

……………（1）

…………（2）

式中：

——载荷幅值，单位为kNm；

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——载荷均值，单位为kNm；

——对应的应变幅值，无量纲；

——矩阵中的应变均值，无量纲。

步骤3：根据Goodman图对应的S-N曲线，可以确定该载荷下许用循环次数N。

步骤4：使用线性损伤累积算法来确定损伤。

…………（3）

式中：

D——累计损伤，是指现有载荷下的循环次数ni与许用循环次数Ni的比值的和。

ni——为实际循环次数；

Ni——为许用循环次数

步骤5：合格判定要求：累计损伤D≤1。

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附