纤维取向和温度对服役20年风力发电机叶片玻纤增强复合材料力学性能的影响

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本研究评估了来自已退役100 kW风力发电机叶片的玻纤增强复合材料（GFRP）的力学性能，该叶片已服役20年。样品采集自距转子轮毂1.6 m和5.4 m处的两个未损伤区域。进行了微观结构调查和铺层分析。所研究样品的纤维质量分数范围为0.55~0.60。在-10 °C至+50 °C温度范围内进行了拉伸和压缩试验，试样加载方向包括叶片长度方向（LD）、垂直于叶片长度方向（TD）和45°斜向三个方向。测定了三个方向上GFRP的拉伸弹性模量。沿叶片长度方向纤维织物层数逐渐减少，沿长度方向纤维密度最高（858 gm/mm²），横向最低（83 gm/mm²）。GFRP复合材料微观结构显示纤维与聚合物浸润良好，但在高密度纤维束处存在部分浸润不足现象，基体中存在生产孔隙。室温和高温下的拉伸性能基本相似，沿叶片长度方向对齐的样品性能最优。压缩强度在横向样品处最高，沿叶片长度方向最低，且随试验温度升高而降低。弯曲性能受纤维取向显著影响，沿叶片长度方向对齐的样品性能最优，横向样品性能最低。

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