面对能源匮乏和环境恶化的双重问题,世界各国纷纷调整国家发展战略,更加重视对风能代替传统能源的开发与利用。伴随海上风电以及低风速风电技术的发展,以纯玻璃纤维作为增强材料成型已不能满足风电装机大型化技术的基本刚度需求,而纯碳纤维复合材料成本昂贵且综合性能并不理想。有效地将碳纤维和玻璃纤维混杂,不仅可以弥补碳纤维的脆性和抗冲击能力差的特性,提高玻璃纤维的模量和刚度,同时也可以解决碳纤维高用量所带来的高成本问题。因此玻碳混杂的结构设计方案为风电叶片工字梁长度的增加提供了很好的解决与优化方案。本研究具体的内容、结论和成果如下:(1)通过差示扫描量热仪表征2511-1A/BS环氧树脂基体的固化特性,综合考虑固化效果与效率的基础上,树脂体系固化工艺设置为85℃/150min+130℃/50min。采用旋转流变仪分析了树脂恒温与变温条件下粘流特性,综合考虑注胶效率以及纤维浸润效果,确定40℃为VARI成型工艺过程中树脂脱泡以及灌注的最佳温度点。(2)以达西定律为理论基础,采用单向法研究玻碳织物层间混杂对渗透性能的影响。结果表明,随着碳纤维含量的增加,环氧树脂流动前锋由尖锐峰形逐渐转变为缓平峰形,同时对应灌注时间增长。在混杂比一定情况下,环氧树脂流动前锋位置的平方与时间呈现线性关系;而织物渗透率随着含碳量增加呈现线性增长的趋势。(3)对不同玻碳混杂比板材进行纵向与横向拉伸、压缩,研究表明纵向拉伸、压缩性能均随碳纤维含量增加得到明显改善;而横向性能主要取决于树脂/纤维的结合程度以及捆绑纱,增加较为明显;但是,横向拉伸模量表现为负的混杂效应,随含碳量增加而降低;而横向压缩性能方面,随混杂比呈现上下波动,无明显变化。(4)对不同玻碳混杂比板材进行三点弯曲以及层间剪切,研究表明,弯曲强度随含碳量增加呈无规律变化,较纯的GFRP板材,弯曲模量随含碳量增加得到明显改善。弯曲样品破坏均为压缩侧断裂,其中纯玻、纯碳增强复合材料的截面断口较为整齐,而混杂复合材料多表现为层间断裂或树枝状裂纹富集形式。HFRP层间剪切性能方面,剪切强度随含碳量增加而呈现递增,剪切模量随含碳量增加呈现先增后减的趋势。剪切试样破坏主要以分层破坏为主,同时伴随部分基体和纤维裂纹破坏。适当增加碳纤维含量可以减少纤维大面积分层断裂区域现象,在混杂比为1:4、1:3时,板材呈现纤维断裂富集,但未形成大面积分层裂纹现象,试样破坏形貌较为完整。(5)利用ANSYS建模,对混杂层合板进行静力学模量仿真分析。通过施加悬臂梁约束以及简支梁约束,计算得到各混杂比纤维增强复合材料的模量。结果显示随着碳纤维含量的增加,拉伸、弯曲以及压缩模量增长趋势,仿真结果与实验结果基本吻合。