用光纤干涉仪检测I形复合材料梁腹板/翼缘连接处的分层

介绍了一种在超声回弹波频谱分析基础上用光纤干涉仪来检测I形复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的方法, 利用超声发射器在I形梁中产生应力波, 用表面粘贴的光纤干涉仪来接收应力波产生的输出信号, 对此信号进行频谱分析可找到I形梁的分层位置。理论分析和实验都表明了此方法探测复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的可行性。      

用光纤干涉仪检测I形复合材料梁腹板/翼缘连接处的分层

介绍了一种在超声回弹波频谱分析基础上用光纤干涉仪来检测I形复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的方法,利用超声发射器在I形梁中产生应力波,用表面粘贴的光纤干涉仪来接收应力波产生的输出信号,对此信号进行频谱分析可找到I形梁的分层位置。理论分析和实验都表明了此方法探测复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的可行性。     

埋入光纤Mach-Zehnder干涉仪检测复合材料梁的分层

将光纤Mach-Zehnder干涉仪的传感臂埋入到复合材料梁的中性层来检测梁的分层。不论梁是连续支撑还是简单支撑,均取得了很好的实验结果。通过用榔头连续下压梁,由光纤干涉仪可以得到一条输出曲线,从这条曲线就可以准确判断梁内部是否存在分层,以及分层的位置。     

表面粘贴光纤干涉仪测量复合材料梁的分层

从理论上和实验中分别讨论了将光纤干涉仪的传感臂粘贴在梁的表面时,在简单支撑和弹性连续支撑条件下,通过检测光纤(即梁的表面)的形变,检测复合材料的分层,理论分析和实验都表明,在连续支撑下,可以测量出分层的存在,在有分层的地方,干涉仪的输出会反向,在简单支撑下,不能测出是否存在分层,因为材料本身的变形对粘贴在表面的光纤的影响远远大于分层的影响,这一技术也适用于复合材料修补后的脱层检测。     

复合材料Ⅰ形梁分层的光纤超声探测技术数值研究

针对纤维增强塑料多界面、高阻尼以及体波模式多样性对超声无损检测的影响,介绍了一种利用光纤超声探测技术结合小波信号分析检测I形纤维增强塑料梁中分层的方法。该方法利用超声发射器在梁中产生超声应力波,用表面粘贴的光纤干涉仪来探测梁中应力波的传播情况,然后利用小波的多分辨率特性对此信号进行时频分析,结合梁中超声波的传播特性即可确定分层的位置。理论分析和模拟结果都表明了此方法探测复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的可行性。     

光纤复合材料损伤探测的光学显示技术

提出一种用于光纤复合材料损伤探测的全光学显示技术。与其他显示方法相比,应用这种技术的装置结构简单,使用方便、具有抗电磁干扰和尤其适用于飞行器实时检测等优点。文中给出了这种全光学学显示技术的基本原理、结构及实测结果。     

小波分析在C/C复合材料超声检测中的应用

采用小波变换对复合材料超声透射信号进行分析,并研究了超声波在材料透射过程中的能量损失,结果表明,超声波在均相中间相沥青中传播时其衰减程度与能量损失均小于加入羧甲基纤维素(CMC)或炭纤维的中间相沥青.小波变换不仅可以反映超声波在C/C复合材料中传播的能量损失情况,也可以反映C/C复合材料的内部缺陷或搞伤 采用扫描由子显微镜(SFM)对C/C复合材料的形貌进行了袁征,与小波分析的结果相吻合.     

内埋传感光纤用于复合材料冲击损伤探测的研究

本文提出了一种采用埋入式光纤传感器对复合材料结构状态进行无损检测的新方法,将一种新颖的、结构简单的“城墙”型光纤传感阵列埋置于教－１１飞机的层合复合材料垂直翼式件内,用于探测复合材料结构内由于外部冲击造成的损伤等状态参数,实验结果显示了该方法探测复合材料结构的可行性。     

平面机织复合材料疲劳分层数值分析方法研究

本文基于内聚力双线性本构关系,建立考虑疲劳损伤的内聚力模型,结合有限元分析技术,建立复合材料层合板疲劳分层扩展行为数值分析方法,分别对准静态和疲劳加载下平面机织复合材料II型分层扩展行为进行仿真分析,准静态加载下的载荷-位移曲线仿真结果与试验结果吻合良好,疲劳加载下的分层扩展速率-应变能释放率变程曲线仿真结果与试验结果吻合良好,验证了模型和方法的有效性。在此基础上,建立适用于平面机织复合材料的疲劳失效准则,结合层内渐进疲劳损伤分析模型,建立含初始分层损伤平面机织复合材料层合结构剩余寿命预测方法,预测了含初始分层损伤层合板的剩余寿命和渐进损伤过程,剩余寿命仿真结果与试验结果吻合良好,此外,结果表明疲劳损伤从初始分层损伤处起始,并逐渐向边缘扩展,紧邻初始分层损伤的两层(0°/90°)单层板较早出现层内经向损伤和纬向损伤,单层板中(0°/90°)层较(±45°)层损伤更多,最后(0°/90°)层以经向损伤为主导失效模式,(±45°)层则以纬向损伤为主导失效模式,各层间界面均出现大面积损伤。     

复合材料层压板分层缺陷超声相控阵检测与评估

针对碳纤维增强树脂基复合材料分层缺陷的无损检测与评估问题,通过制备预埋分层缺陷的标准试样,利用超声相控阵技术对缺陷进行无损检测与定量评估,并对测量误差进行分析。首先,在层压板铺层中间埋入聚酰亚胺薄膜制备分层缺陷试样;然后,对试样进行超声相控阵检测,通过超声S扫和C扫图像对缺陷进行定性分析与定量测量,并结合声场仿真对检测误差进行分析。结果表明:所制备试样内分层缺陷形状规则、埋深及大小与预设一致;超声相控阵步进方向检测尺寸比较准确,而扫查方向尺寸误差较大;超声相控阵技术能够准确识别分层缺陷的形状、尺寸及位置,具有很高的检测精度,对较小缺陷具有很好的检测效果。     

Cyclic fatigue delamination of carbon fiber-reinforced polymer-matrix composites: Data analysis and design considerations

Activities toward standardization of fracture mechanics tests on carbon fiber-reinforced polymer-matrix (CFRP) composites have recently focused on cyclic fatigue under mode I (tensile opening), mode II (in-plane shear) and mixed-mode I/II loading. Data from recent round robins performed by Technical Committee 4 (TC4) of the European Structural Integrity Society (ESIS) and from preliminary testing of additional CFRP epoxy laminates at the authors’ laboratories are analyzed with different approaches in attempts to reduce scatter and to identify parameters for CFRP structural design. Selected test data comparing load and displacement control for the cyclic fatigue tests are also discussed. Specifically, threshold values from Paris-law data fitting are compared with values from fitting with a modified Hartman–Schijve approach. Independent of the approach used for the analysis, mode I threshold values of selected CFRP seem to be in the range between about 30 and 100 J/m², i.e., roughly around the range of critical mode I energy release rate values (denoted by G_IC) obtained from fracture testing of neat commercial epoxy resins, but clearly below quasi-static initiation G_IC-values for unidirectional CFRP composites. Implications for CFRP structural design based on mode I fatigue fracture mechanics test data are briefly discussed.     

PNF增韧层对CFRP复合材料分层影响的数值分析

尼龙无纺布增韧层能在保证良好工艺性能的前提下,显著提高纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)的断裂韧度,但其机制还不明晰。引入一种反映尼龙无纺布增韧层(polyamide non-woven fabric,PNF)厚度和力学特性的内聚力模型,建立PNF/CFRP复合材料分层损伤产生与扩展的力学模型,通过双悬臂梁弯曲实验和验证,得到如下结论:增韧层的厚度对复合材料Ⅰ型分层的峰值载荷几乎没有影响,增韧层厚度为20μm时,复合材料分层扩展阻力最大;界面最大法向应力分布可有效反映裂纹扩展前沿形貌,分层扩展开始后,其前沿形貌保持一致;在相同的外力载荷下,随着PNF/CFRP复合材料铺层从[012/012]变化到[012/9012],其Ⅰ型分层的峰值载荷和扩展距离不断减小。     

FRP加固结构界面损伤的声光纤检测数值模拟及实验

为了确保纤维复合材料(FRP)加固结构的可靠性和安全性,界面损伤检测是加固质量检查中的一个重要环节.基于薄板自由振动理论,提出一种声-光纤无损检测(NDE)FRP加固结构界面损伤的原理和方法,利用可变频的扬声器产生集中声束作用在FRP加固构件表面形成表面局部振动场,界面损伤引起的局部异常振动区的振动情况可以由粘贴在FRP表面的光纤测得,从而确定损伤的位置和大小.数值模拟分析和实验结果都表明了此方法用于FRP加固结构界面损伤检测的可行性.     

Mixed‐mode delamination in 2D layered beam finite elements

In this work, a 2D finite element (FE) formulation for a multi‐layer beam with arbitrary number of layers with interconnection that allows for mixed‐mode delamination is presented. The layers are modelled as linear beams, while interface elements with embedded cohesive‐zone model are used for the interconnection. Because the interface elements are sandwiched between beam FEs and attached to their nodes, the only basic unknown functions of the system are two components of the displacement vector and a cross‐sectional rotation per layer. Damage in the interface is modelled via a bi‐linear constitutive law for a single delamination mode and a mixed‐mode damage evolution law. Because in a numerical integration procedure, the damage occurs only in discrete integration points (i.e. not continuously), the solution procedure experiences sharp snap backs in the force‐displacements diagram. A modified arc‐length method is used to solve this problem. The present model is verified against commonly used models, which use 2D plane‐strain FEs for the bulk material. Various numerical examples show that the multi‐layer beam model presented gives accurate results using significantly less degrees of freedom in comparison with standard models from the literature. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

光纤非本征法布里-玻罗传感器兰姆波检测灵敏度分析

基于兰姆波的结构工况检测技术在评估复合材料和金属结构的安全性和耐久性方面发挥着重要的作用。作为对传统的压电换能器（PZT）的一种很好的替代,光纤传感器在传感方面的应用正被广泛地挖掘出来,包括兰姆波检测。本文从理论上建立了超声兰姆波作用下光纤非本征法布里．玻罗（EFPI）传感器参数与其输出性能之间的关系。数值结果显示了传感器的性能与其相对于声源的方向角以及传感器的计量长度与超声波长的比值相关。所得出的结论对于EFPI传感器精确地探测兰姆波提供了理论依据。     

基于累积光流的运动对象检测

利用解析小波和M估计求解光流约束方程,得到一种精度高的、稳健的光流计算方法,并在此基础上引入扩展累积光流,针对累积光流计算中的几个特殊问题进行了相应的处理,实现了一种稳健的运动对象检测算法.实验结果表明,该算法正确检测运动对象的精度高,能够检测出慢速物体和小目标的运动,并较好地解决了遮挡问题.