碳纤维布加固钢筋混凝土梁剥离检测试验研究

利用碳纤维增强复合材料(CFRP)对混凝土梁进行外部加固技术的应用日益广泛。CFRP加固钢筋混凝土梁因纤维端部应力集中而易发生早期的片材端部剥离破坏,对界面剥离进行有效检测具有重要意义。该文提出了基于压电驱动与应力波测量的CFRP与混凝土梁之间的界面剥离损伤监测方法,对CFRP补强钢筋混凝土梁进行四点弯试验,对试件从裂缝开始出现,直至最终破坏整个过程中各压电陶瓷片的测量响应进行分析,并定义损伤指标。结果表明,提出的界面剥离缺陷检测方法可对CFRP加固混凝土梁界面剥离发生、发展全过程进行有效监测,为预警提供了帮助。     

压电机电阻抗结构损伤监测机理研究

基于压电-结构的机电阻抗模型,分析了模型中结构机械阻抗与压电传感器电阻抗之间的耦合关系。研究了压电机电阻抗测试法,并根据压电-结构模型中的机电阻抗谱研究损伤监测方法,给出了基本原理。利用在铝板上的测试和实验,验证了压电机电阻抗测试法及不同距离模拟损伤对压电机电阻抗谱的影响和变化趋势,探讨了阻抗分析技术用于损伤监测的可行性。研究与实验结果表明,在高激励频率作用下,随着损伤距离的变化,压电机电阻抗也会发生相同趋势的变化。     

CFRP雷击致损实验研究

基于碳纤维复合材料的雷击防护需求,建立了雷击损伤效应测试系统,利用不同峰值、不同持续时间的冲击电流对不同尺寸、不同类型的CFRP试件进行了测试。对不同尺寸的未防护试件的雷击实验结果表明,雷电流峰值越高、持续时间越长,其比能也越大,对CFRP的损伤效应越显著。对粘贴有铜网的试件的测试结果表明,铜网防护层能够显著降低雷电流对CFRP结构的损伤,实现有效的雷击防护。     

压电阵列Lamb波损伤监测信号一致性补偿方法

Lamb波结构损伤监测是结构健康监测领域的研究热点之一。针对基于压电阵列的Lamb波损伤监测研究中因传感器性能差异引起的信号偏差问题,通过分析Lamb波信号的激励、传播和传感过程,利用压电阵列中等距离传播通道直达波传递函数相同的特点,提出了窄带激励下的压电传感器机电耦合系数归一化补偿,实现对结构响应信号的一致性补偿。实验验证表明,该方法能在一定程度上抑制因压电传感器性能差异引起的信号偏差,提高了监测结果的准确性。     

基于压电阻抗技术的木梁损伤识别研究

利用压电阻抗技术对粘贴有压电陶瓷(PZT)传感器的无损木梁和带孔洞损伤的木梁进行数值模拟和实验研究,并用损伤指数,即均方根偏差(RMSD)来定量评估木梁的阻抗值随损伤程度和损伤位置的变化关系。计算结果表明,利用压电阻抗法能够有效识别木梁的局部损伤,当PZT贴片和损伤位置的间距一定时,RMSD随损伤程度的增大而增大;当损伤程度一定时,RMSD随PZT贴片和损伤位置间距的增大而减小,数值结果与现有实验结果规律一致。相关结论证明了利用压电阻抗技术检测木梁局部损伤的有效性,可为工程实际提供参考。     

GFRP管约束碳纤维混凝土组合柱损伤监测

该文提出了一种利用压电陶瓷传感器对玻璃纤维（GFRP）管约束碳纤维混凝土组合柱损伤进行实时监测的方法。试验以碳纤维含量和混凝土强度等级为变量制作了9个构件,将一对压电陶瓷传感器作为应力波发射器和接收器埋入玻璃纤维（GFRP）管中进行轴压试验。通过对比不同荷载情况下的能量幅值,并采用移动平均法对监测数据进行平滑处理,实现了对构件的实时损伤监测。结果表明,试验现象与监测结果相符。此方法能对纤维增强混凝土柱的损伤进行较准确的实时监测,且采用移动平均法处理后的损伤识别更精确。     

基于嵌入压电技术的钢管核心混凝土缺陷检测

钢管混凝土构件核心混凝土缺陷影响到其延性和承载力。利用自制的嵌入式压电功能元,该文提出了基于压电陶瓷应力波测量与分析的核心混凝土缺陷监测方法。通过对比在不同状态的简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义了基于测量信号幅值和小波包能量的损伤指标。结果表明,利用提出的嵌入式压电技术和定义的损伤指标,有效地识别了钢管混凝土构件的核心混凝土损伤,损伤指标对损伤程度敏感。     

基于嵌入压电技术的钢管核心混凝土缺陷检测

钢管混凝土构件核心混凝土缺陷影响到其延性和承载力。利用自制的嵌入式压电功能元,该文提出了基于压电陶瓷应力波测量与分析的核心混凝土缺陷监测方法。通过对比不同状态简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义了基于测量信号幅值和小波包能量的损伤指标。结果表明,利用所提出的嵌入式压电技术和所定义的损伤指标,有效地识别了钢管混凝土构件的核心混凝土损伤,损伤指标对损伤程度敏感。     

强脉冲γ线辐射对压电陶瓷材料性能的影响

加速度压电传感器是反应堆内常用的振动测量器件,其核心部件是压电陶瓷材料。由于在强核辐射环境下,中子和γ线分别于压电陶瓷内的原子核和核外电子发生相互作用,发生微观损伤,此损伤经由分子尺度、介观尺度直至会表现为宏观性能（包括材料的压电性能及表观形貌信息等）的变化,将影响器件的性能。长时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化已有研究,然而短时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化的研究较少。该文在辐射装置上进行压电陶瓷材料的高剂量率γ线辐照,随后对材料辐照前、后的压电性能、表观形貌等信息进行实验测试,通过测试结果分析了高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能的影响。     

基于压电传感技术榫卯结构损伤识别实验研究

以指接榫和燕尾榫结构为例,利用压电主动传感技术对榫卯结构进行健康工况和损伤工况的损伤识别实验研究。其中,指接榫考虑水平和垂直连接的榫头松动和缺损工况,燕尾榫考虑实验机加载破坏工况。对压电传感器所接收到的信号进行小波包分解,并以各频段信号能量总和作为损伤指标对损伤程度进行定量评估。实验结果表明,指接榫结构所接收的信号能量随损伤程度的不断增加而减小;加载过程中,燕尾榫结构的榫头间先挤压紧密再出现榫头破坏,所接收到的信号能量出现先增大后减小的情况。因此,利用压电主动传感技术可实现对榫卯结构的损伤识别。可为相关专业的研究生及工程技术人员基于压电传感技术进行无损检测提供实验方法。     

基于CFRP纤维编织网格分块扫描的激光除胶工艺算法

碳纤维复合材料(CFRP)在激光表面烧蚀除胶过程中容易出现不均匀热影响区、纤维破损等缺陷, 为了解决这一问题, 提出并实现了一种基于CFRP纤维编织网格分块扫描的激光除胶工艺算法, 采用单因素实验方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了不同激光扫面填充算法对CFRP表面树脂去除率、纤维破损度的影响规律, 并对加工机理进行了分析研究。结果表明, 选取平均功率为24W、重复频率为20kHz、扫描速率为1000mm/s、离焦量为5mm等参量时, 加工样品表面得到了纤维完整、热损伤较小等较好的工艺效果。这一结果对激光加工CFRP烧蚀除胶的研究是有帮助的。     

基于压电阻抗的混凝土裂缝深度发展定量研究

混凝土结构是土木工程领域使用最广的结构形式,裂缝是其损伤的主要形式。该文基于压电阻抗(EMI)监测技术,对混凝土立方体标准试块裂缝深度的定量发展进行了监测。制作150mm×150mm×150mm标准试块,将压电片(PZT)粘贴于试块表面,用精密阻抗分析仪HP4294A提取压电片在混凝土试块健康状况和不同损伤工况下的电导纳信号,并分析二者的联系。实验结果表明,随着裂缝损伤的发展,压电片电导纳频谱发生了变化;压电片-粘结层-主体结构耦合系统的共振频率及电导信号峰值能表征混凝土裂缝深度的发展,但其存在稳定性缺陷;传统损伤指标中,绝对比例平均偏差(MAPD)和均方根偏差(RMSD)比相关系数(CCD)更适于监测混凝土裂缝的出现,而CCD则比MAPD和RMSD更适于定量分析裂缝的发展。此外,该文还得到了混凝土试块裂缝发展时损伤参数的具体数值,可供EMI健康监测实际应用时参考。     

本征型光纤倏逝波化学传感器的研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,本文提出基于倏逝波原理的本征型光纤化学传感器。根据光线理论数值分析了传感器几何结构参数,溶液折射率与灵敏度的关系。通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,进行实验系统设计,并用不同浓度亚甲基蓝对这些传感器进行了实验研究。实验结果与数值计算结果一致,传感区纤芯越细,越长,其灵敏度越高。为了提高传感器灵敏度并保证纤芯不至于太细而折断,应少减小传感器直径,有效增加其长度。     

Vibration reliability test and finite element analysis for flip chip solder joints

Vibration fatigue test and analysis methodology for flip chip solder joint fatigue life assessment have been developed by performing vibration tests with constant G-level and varying G-level input excitation. The linear cumulative damage analysis method (Miner’s rule) predicts non-conservative result for vibration fatigue life of flip chip solder joint. Finite element analysis (FEA) using a global-local-beam modeling method was used to calculate the natural frequency and were compared to experimental data. A quasi-static finite element analysis method was developed to investigate solder joint stress strain behavior for solder joint vibration fatigue life prediction. Harmonic finite element analysis was also carried out to predict solder joint fatigue life. Results from quasi-static analysis and harmonic analysis were compared. Based on Miner’s rule and stress amplitude results from FEA results, different assumed cumulative damage index (CDI) factors were investigated in fatigue life prediction.     

通道式偏振遥感器偏振解析方向测量误差分析及验证

通道式遥感器的偏振测量核心部件通常是相似的,即不同偏振解析方向的检偏器组合进行探测。同一系统中不同偏振解析方向之间的相对角度误差成为影响偏振遥感探测精度的重要因素之一。文中对该相对角度误差的影响以及提高测量精度的方法进行了研究。首先,分析了相对角度误差对偏振测量精度的影响;其次,对测量过程中存在的误差源进行了仿真分析及实验对比分析,根据该设计具体的实验参数和实验方法,验证仿真结果的正确性;最后,通过通道式遥感器偏振实测结果验证其测量的可靠性。系统偏振度测量值与可调偏振度光源输出的偏振度参考值比对,最大平均偏差为0.735 3%;与CE318测量比对的最大平均偏差为0.036。实验结果满足实际使用的偏振测量精度要求,说明偏振解析方向测量方法选择合理,可以为偏振遥感器的装调和高精度定标提供参考。     

碳纤维复合材料皮秒激光切割工艺研究

为了研究100W皮秒激光对碳纤维复合材料（CFRP）切割工艺,采用单因素实验方法,进行了理论分析和实验验证,得到了平均功率、重复频率、扫描速率、扫描次数对热影响区及扫描深度的影响规律,并对1.5mm厚碳纤维复合材料板进行了切割实验。结果表明,选取平均功率为60W、重复频率为0.4MHz、扫描速率为10m/s、轨迹重复扫描20次、切缝上表面宽为350μm等适当参量时,得到的直线切缝和圆形切孔的热影响区极小。这为皮秒激光切割CFRP的进一步研究与工业应用提供了参考。     

湍流介质对激光瞄准测试系统的偏差影响分析

用波长1.06 μm的YAG晶体激光器作为激光光轴指示器,设计一套远距离激光瞄准测试系统,在外场环境下进行大量实验,采集了不同距离、不同时段的光斑变化数据.在对光斑数据进行图像处理以及统计分析的基础上,通过分析不同时段光斑偏移标准差,研究了光束在3 km范围内不同距离的偏移情况.同时,基于推广的惠更斯-菲涅耳原理和实测的现场气象数据,分析了湍流效应对传输光束相干性的影响.结果表明:大气的湍流效应以及相干性变化都会影响到光束的传输特性.结合实验得到的标准差曲线对统计模型进行修正,可为提高激光测试系统的瞄准精度提供依据.     

线激光扫描的碳纤维复合材料表面损伤研究

近几年红外热成像技术常被用于材料的无损检测中.针对航空碳纤维增强复合材料(CFRP)表面损伤检测问题,本文提出了基于连续脉冲激光线移动扫描承力结构CFRP的损伤检测思想,搭载了线激光扫描的红外热实验装置.结果显示了线激光热成像对各种尺寸、深度和不同方向的拉伸断裂损伤的敏感性,并采用红外热谱图与温度曲线相结合来判断损伤的...     

光纤倏逝波化学传感器灵敏度特性研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,运用宽光谱分析法设计一种基于倏逝波原理的光纤化学传感器,研究了传感器的几何结构参数,溶液浓度与灵敏度的关系。运用光束传播法(BPM)分析传感器几何结构参数与灵敏度的关系;通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对这些传感器进行实验验证。实验结果表明,模拟结果与实验结果相符,溶液浓度越大,传感区纤芯越细、越长,灵敏度越高;文章提出的光纤倏逝波化学传感器在水质检测方面有着潜在的应用。