單秋成臺灣大學：機械工程學研究所何彥儒He, Yan-RuYan-RuHe2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61326本研究主旨在於使用積層板複材來模擬風力機組葉片的幾種不同型態且不同程度上的破壞，從幾種非破壞性的檢測方法來比較不同檢測方式上的優劣與檢測能力，最後利用破壞性之光學顯微微觀檢測方式來觀察積層板試片斷面與前面的非破壞性檢測結果做比較及驗證的工作，以利於檢測風力機組葉片發生破壞時，在選擇非破壞檢測之方法上能有參考的經驗與方法，就非破壞檢測之結果來判斷何種破壞，未來更進一步能夠以檢測結果來預測風力機組葉片之壽命。 本研究以小型積層板複合材料試片來模擬風力機組葉片，並於小型試片上製造出風力機組葉片較常發生的幾種破壞型態，如：衝擊破壞、扭轉破壞，及積層板與板之間的膠合破壞；在衝擊與扭轉破壞方面，能準確製造出所需的內部破壞規模後，便能以不同之非破壞檢測方式來做出比較；在膠合破壞這方面，則需先製作出膠合積層板式試片，將試片以剪力與拉伸來造成膠合處的破壞，而後再以非破壞檢測方式來檢測。 本研究所使用之非破壞檢測設備為超音波檢測與X-Ray照相探傷兩種，此兩種檢測皆為非破壞檢測但由於檢測原理上不相同，在檢測之能力與結果上亦有所差異，本研究將這兩種方式應用於檢測上述幾種較典型的風力機組葉片破壞方式，並相互比較其檢測方式上的優劣與檢測能力上之限制，最後，再以破壞性的光學顯微鏡檢測含有破壞之試片斷面，來驗證前面兩者之非破壞檢測結果是否準確，並解此掌握非破壞檢測方式之能力。Small-scale specimens of composite laminations approximated to blades of wind power generator in this study, and several kinds of fracture mode occurred frequently on wind power blades were made on these specimens, including impact fracture, torsion fracture and the adhesive-bonded fracture between laminations and laminations. In the cases of impact fracture and torsion fracture, we can control the fracture scale, after that, to detect these fractures by using different NDT methods. In adhesive-bonded fracture case, first we should make some adhesive-bonded specimens and produce fracture in adhesive-bonded position with torsion and tensile tests. And then we can investigate damage by NDT methods. Two NDT methods, Ultrasonic and X-radiography testing, were used in this study. Both of them are NDT methods, but their investigation mechanisms aren’t the same to lead to different testing results and measured abilities. We apply these two testing methods to detective several typical fractures which occurred in wind power blades. Then we compared these testing methods to find out their advantages, disadvantages and testing methods’ limitations. Finally, in order to prove the results’ accuracy, we used destructive optical microscope testing to detect these fractures in specimens. By above experiments we can accomplish a better utilization of the NDT methods.誌 謝 i 摘 要 ii ABSTRACT iii 目 錄 iv 圖目錄 vii 表目錄 xiv 第一章、緒 論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 研究方法 3 1.4 論文結構 4 第二章、文獻回顧 8 2.1 複合材料積層板損傷模式 8 2.2 衝擊性質探討 8 2.2.1 複合材料的衝擊特性 9 2.2.2 複合材料受衝擊反應之影響因素 9 2.3 扭轉性質探討 11 2.3.1 殘餘強度與模數衰減 12 2.4 膠合特性探討 12 2.4.1 脫膠的評估 13 2.5 非破壞檢測 13 2.5.1 品質管理與評定 14 2.5.2 非破壞線上檢測 14 2.5.3 超音波檢測 15 2.5.4 X-Ray照相檢測 16 第三章、材料簡介與實驗設備 21 3.1 實驗材料簡介 21 3.1.1 碳纖維複合材料 21 3.1.2 玻璃纖維複合材料 21 3.2 碳纖維複合材料積層板試片的製作 22 3.2.1 試片製作 22 3.2.2 成化設備 22 3.2.3 成化過程 23 3.2.4 試片裁切 24 3.3 玻璃纖維複合材料積層板試片的製作 24 3.4 衝擊實驗 24 3.4.1 簡易衝擊試驗機 24 3.4.2 衝擊前準備工作 25 3.5 扭曲實驗 26 3.6 損傷結果檢測 26 3.6.1 超音波掃描檢測 26 3.6.2 X-Ray照相檢測設備 27 3.6.3 破壞性光學顯微檢測 27 3.7 實驗流程 28 第四章、衝擊破壞結果討論分析 44 4.1 碳纖維強化複合材料之衝擊破壞 44 4.2 超音波檢測與再現性檢驗 44 4.2.1 衝擊高度為80cm、60cm、40cm系列 45 4.2.2 衝擊高度為140cm、120cm、100cm系列(一) 45 4.2.3 衝擊高度為140cm、120cm、100cm系列(二) 46 4.2.4 超音波檢測結果討論 46 4.3 X-Ray照相檢測 47 4.3.1 衝擊高度為80cm、60cm、40cm系列 47 4.3.2 衝擊高度為140cm、120cm、100cm系列 47 4.4 C-scan掃描結果與X-Ray照相結果觀察比較 48 4.5 破壞性光學顯微觀察分析 48 4.5.1 衝擊高度為80cm、60cm、40cm系列 49 4.5.2 衝擊高度為140cm、120cm、100cm系列(一) 50 4.5.3 衝擊高度為140cm、120cm、100cm系列(二) 52 4.6 玻璃纖維三明治夾層板之衝擊破壞 53 第五章、扭轉破壞與膠合破壞結果討論分析 75 5.1 碳纖維強化複合材料之扭轉破壞 75 5.1.1 純扭轉破壞 75 5.1.1-1 純扭轉破壞超音波檢測 76 5.1.1-2 純扭轉X-ray照相檢測 76 5.1.1-3 純扭轉破壞性光學顯微觀察分析 77 5.1.2 衝擊後施以扭轉破壞 77 5.1.2-1 衝擊後施以扭轉破壞之超音波檢測 78 5.1.2-2 衝擊後施以扭轉破壞之X-ray照相檢測 78 5.1.2-3 衝擊(60cm)後施以扭轉破壞之破壞性光學顯微觀察分析 79 5.1.2-4 衝擊(80cm)後施以扭轉破壞之破壞性光學顯微觀察分析 79 5.2 兩種纖維強化複合材料之膠合破壞 80 5.2.1 碳纖維強化複合材料膠合破壞 80 5.2.1-1 碳纖維複合材料膠合破壞之超音波檢測 81 5.2.1-2 碳纖維複合材料膠合破壞X-ray照相檢測 81 5.2.1-3 碳纖維複合材料膠合破壞顯微鏡觀察分析 82 5.2.2 玻璃纖維強化複合材料膠合破壞 82 5.2.2-1 X-ray照相檢測 83 5.2.2-2 以玻璃纖維積層板(厚板)遮罩進行X-ray照相檢測 83 5.2.2-3 以碳纖維積層板(薄板)遮罩進行X-ray照相檢測 83 第六章、碳纖複材破壞型態之探討 111 6.1 前言 111 6.2 衝擊破壞的典型現象 111 6.2 扭轉破壞的典型現象 113 6.3 衝擊後扭轉破壞的典型現象 114 6.4 扭轉所致膠合破壞的典型現象 116 第七章、結論與未來展望 125 參考文獻 1279800724 bytesapplication/pdfen-US非破壞檢測複合材料衝擊破壞扭轉破壞膠合破壞破壞性顯微檢測NDT testingComposite materialsImpact fractureTorsion fractureAdhesive-bonded fractureDestructive optical microscope testingthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61326/1/ntu-96-R94522514-1.pdf