基于FBC传感器的冲击损伤定位

针对复合材料冲击损伤,提出了一种基于光纤布拉格光栅(fiber bragg grating, 简 称FBG)网络的定位方法,该方法仅依据冲击期间FBG测得最大应变和FBG的相对位置,即可对 被测结构进行损伤定位,并在某飞机使用的复合材料层板上进行了试验验证。试验结果表明, FBG监 测的位置和实际冲击位置的最大定位绝对误差约为３．３４ cm,5个冲击点的平均定位误差 仅为126　cm。该损伤定位方法所需参数少、快速且简便易行,其识别精度满足工程实际 要求。     

复合材料飞机结构的低速冲击损伤特性影响因素研究

阐述了复合材料结构低速冲击试验方案及步骤并进行了试验;介绍了低速冲击损伤特征,对损伤特性的影响因素包括冲头直径、冲击位置、铺层厚度等进行了分析,给出了相关曲线;总结了各参数对损伤特性的影响规律,为进一步研究复合材料结构冲击阻抗提供了参考.研究结果表明:相同冲击能量下,钝头冲击产生较小的凹坑,但分层面积较大;凹坑深度、损伤面积均随着冲击能量的增加而增加;与凹坑深度相比,损伤面积分散性较大;筋条间冲击损伤面积最小,缘条边缘冲击损伤面积最大;层压板越厚,损伤阻抗越大.     

子波变换在复合材料冲击损伤实时检测中的应用

基于传统信号处理对非平衡信号的局限,分析了子波变换下奇异信号和白噪声在多尺度空间中模极大值传播特性,对复合材料所冲击信号进行处理,提出一种对相似信号进行归类的方法,该方法能实时有效从冲击信号中提取冲击的大小及位置信息,并对复合材料冲击损伤准确定位。     

Nomex蜂窝复合材料冲击损伤及剩余剪切强度试验

Nomex蜂窝复合材料在航空航天中的应用越来越广泛,但其对低速冲击损坏较为敏感,针对Nomex蜂窝复合材料冲击损伤问题,研究了蜂窝材料在冲击作用下的损伤行为,并进行了剩余剪切强度试验,观察试验件应变值变化,得出试验结构件破坏载荷和最大破坏应变,并与未进行冲击试验的试验件进行对比。结果表明:冲击损伤后,破坏载荷的保持率为69.0%左右,破坏最大应变的保持率为78.8%,即冲击损伤使蜂窝复合材料的力学性能恶化,且影响较大。     

基于小波包特征提取及支持向量回归机的光纤布拉格光栅冲击定位系统

以光纤布拉格光栅(FBG)为传感网络,构建了复合材料冲击载荷实时在线监测系统,研究了基于小波包特征提取及支持向量回归机的光纤-碳纤维复合材料结构冲击定位方法.针对同一冲击点,分析不同传感信号,获得了冲击响应信号小波包能量谱,分析结果表明小波包能量谱中特定阶数对冲击敏感.改变冲击点位置研究小波包能量谱与冲击位置之间的关系,提出将第6阶小波包能量值作为冲击定位的特征向量.采用支持向量回归机建立样本数据的回归模型,预测冲击载荷位置,并对支持向量机的相关调整参数进行了优化.实验表明,支持向量机的网络测试误差为4.81％.研究结果可为碳纤维复合材料(CFRP)层状结构的冲击性能评估提供可行的实验方法.     

基于光纤布拉格光栅的载荷定位与检测方法

针对传统定位系统存在的结构复杂、实时性低、需要建立训练集等问题,提出利用光纤Bragg光栅结合直角应变花结构的方法对冲击源进行定位。在平面应变下,建立横向效应补偿因子模型和应变解耦模型,证明了光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)直角应变花结构用于定位时不受横向效应的影响。同时针对四边简支薄板结构,提出一种判定冲击载荷大小的新方法。通过不同位置两组FBG应变花分别测得的主应变方向,其交点来确定冲击源坐标;通过FBG传感器测得的轴向应变经横向效应补偿,并结合四边简支板扰度曲线和定位坐标,来对冲击载荷大小进行测量。试验表明其定位精度达到2.9 cm以内,定位实时性1 ms左右,冲击载荷大小判定误差在3 N以内。为冲击平台载荷检测提供了一种实用可行的方法。     

运用矩形压电片的冲击载荷定位新方法

为了更加方便、精确地进行结构冲击载荷定位,利用应变花的原理,通过矩形压电片传感的方向性试验,提出了一种基于矩形压电片花形结构的冲击载荷定位新方法——相对幅值法。该法只需知道压电片的响应幅值,1个压电片花形结构确定1个冲击载荷的方向,因此通过2个花形结构就可以确定冲击载荷的位置。在铝板中进行了验证试验,理论计算和实际冲击点的平均误差为3.6 cm,识别精度能满足工程实际要求。     

卫星典型复合材料蜂窝结构板的冲击定位方法

针对一种典型复合材料蜂窝夹芯结构,构建了光纤Bragg光栅传感系统,实时监测材料冲击响应信号,对信号进行了小波包分解获得其能量谱。结果表明,第16阶小波包能量对冲击敏感。利用能量幅值比进行冲击定位,平均误差为1.87cm。该方法能够有效判定冲击位置,为卫星结构健康监测提供了一定的依据。     

编织型复合材料低速冲击损伤及剩余压缩强度研究

通过应用三维逐渐累积损伤理论和分析技术,建立了适用于编织型复合材料板的低速冲击(LVI)及冲击后压缩破坏(CVI)过程的一种全程分析方法.该方法对复合材料板的冲击以及冲击后含损伤板在压缩载荷下损伤扩展的全过程进行分析,分析中把冲击后复合材料板的预测损伤直接用于剩余压缩强度研究,从而提高了最终失效载荷的预测精度,而且避免了为获得冲击后损伤状态参数所进行的大量试验,同时开发了与由MSC.NASTRAN求解器调用执行的模拟程序.     

基于小波神经网络的智能复合材料冲击损伤定位的研究

复合材料的力学性能对冲击损伤极为敏感，为此实现复合材料的智能化，从而在线实时监测复合材料的冲击损伤具有重要的意义。应用小波神经网络对智能复合材料冲击损伤进行了定位研究，并与改进的BP网络进行了对比，结果表明小波网络具有非线性建模逼近能力强、识别精度高和推广能力强等优点。小波神经网络为复合材料的进一步智能化提供了更为先进的信号处理方法。     

复合材料层板OFDR分布式光纤冲击判位方法研究

基于复合材料的航空航天器结构在服役过程中受到外界物体冲击易造成损伤,常规光纤Bragg光栅冲击监测模式需要借助大量试验建立冲击响应样本库,不仅工作量大,还会影响被测结构力学性能,甚至造成预先损伤。为此,提出了一种基于应变幅值非线性加权原理的复合材料层板结构分布式光纤冲击位置辨识方法,通过提取结构应变响应幅值作为特征量,结合无需先验样本的非线性加权原理实现冲击载荷位置辨识。借助有限元数值仿真,模拟得到冲击载荷作用下复合材料层板结构应变响应与分布特征,并根据仿真结果对该辨识方法加以验证。构建了基于高空间分辨率分布式光纤传感器的冲击监测系统,平均定位误差约为8.44 mm。研究表明,所提方法具有便于集成、通用性强以及无需构建样本库等特点,能够为航空航天器结构健康监测、寿命评估和快速维护提供技术支撑。     

光纤复合材料结构低速冲击判位研究

复合材料智能结构容易产生从表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光栅对复合材料智能结构受到的低速冲击位置给出判别。通过计算冲击待测数字采样信号与所有冲击模板数字采样信号的Hausdorff距离,给出两者的相似度,利用相似度判别复合材料结构低速冲击位置。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料冲击信号,能够对复合材料结构低速冲击进行判位研究。     

光纤复合材料结构低速冲击判位研究

复合材料智能结构容易产生从表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光栅对复合材料智能结构受到的低速冲击位置给出判别。通过计算冲击待测数字采样信号与所有冲击模板数字采样信号的Hausdorff距离,给出两者的相似度,利用相似度判别复合材料结构低速冲击位置。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料冲击信号,能够对复合材料结构低速冲击进行判位研究。     

复合材料外物损伤规律及损伤后拉伸疲劳研究

为研究复合材料受外力冲击的规律和冲击后疲劳的特性,分别使用200 m/s、300 m/s的冲击速度、直径4 mm、3 mm的钢珠以90°和30°入射角度冲击复合材料层合板,模拟外物损伤的过程,共设计了24组冲击试验和9组疲劳试验。根据结果比对冲击速度、冲击物大小、冲击角度对冲击损伤的影响,分别对复合材料层合板损伤的长度、宽度和深度进行研究。对冲击后的层合板进行拉伸疲劳试验,根据所得到的疲劳极限,建立冲击损伤长度、宽度、深度和疲劳强度的关系。结果表明：相对于冲击角度,冲击物大小变化对层合板损伤影响更大,冲击速度的影响最小;疲劳强度与损伤长度和宽度的相关性较为明显,而与损伤深度的相关性较小。     

复合材料蜂窝夹层板低速冲击损伤模拟及实验研究

复合材料蜂窝夹层板因其良好的力学特性及质量轻等优点在工程中得到了广泛应用,但其抗冲击能力较差。本文研究了复合材料蜂窝夹层板受低速冲击后的变形和损伤情况,采用光滑粒子动力学结合有限元数值模拟方法分析了复合材料蜂窝夹层板受不同能量冲击后的响应,并通过试验和模拟计算结果对比分析,给出了不同冲击能量下复合材料蜂窝夹层板的位移和损伤。研究结果表明:给出的复合材料蜂窝夹层板冲击数值模型能够合理的模拟低速冲击行为,能为工程中复合材料蜂窝夹层板结构受冲击损伤的测定提供参考依据。     

泡沫夹层复合材料的低速冲击损伤及剩余强度的数值模拟

基于渐进累积损伤理论和数据传递分析方法,对泡沫夹层复合材料的低速冲击以及冲击后的压缩破坏过程提出了一种全程数值分析方法,即对泡沫夹层复合材料的冲击以及冲击后损伤的泡沫夹层复合材料在压缩载荷下损伤扩展的全过程进行数值模拟分析。结果表明:由于该方法避免了以往学者对冲击后夹层板损伤状态所做的人为假设,把冲击后的预测损伤直接传递用于剩余强度的研究,从而提高了最终破坏载荷和剩余强度的预测精度,数值模拟结果与已有试验结果吻合较好。     

发动机着陆冲击数据归纳方法及冲击特性分析

为实现对发动机着陆冲击数据的合理归纳,利用能量谱密度以及冲击谱筛选冲击数据样本,结合相关规范标准以及数理统计方法,给出了多架次冲击实测谱与冲击规范谱的归纳方法。开展了某飞机着陆过程发动机机匣冲击测量,获得了配装同一型飞机的两型发动机着陆冲击实测谱与冲击规范谱,分析了同一位置不同方向上冲击特性的差异,以及两型发动机冲击特性的差异。结果表明:同一位置不同方向上的冲击特性差异很大,有可能通过改变设备或结构件的安装方向,降低其冲击损伤风险;不同发动机之间的冲击特性可能存在巨大差异。为此,在开展机载设备或结构件的冲击试验时,在加速度冲击谱(shock response spectrum,简称SRS)规范谱基础上增加3 dB或6 dB的裕量,并结合冲击最大峰值,作为冲击试验的激励图谱,从而使冲击环境试验尽可能包含实际冲击危险载荷。这些分析结论为发动机防冲击设计以及机载设备安装具有一定的指导意义。     

含穿透损伤复合材料加筋板轴压试验研究

分别选取复合材料加筋板结构中三处典型位置进行落锤冲击损伤试验,产生穿透损伤,对损伤试件进行轴向压缩试验,得到屈曲失稳载荷及破坏载荷,并将试验结果与完好试件的试验结果进行对比,分析穿透损伤对结构压缩承载能力的影响。结果表明,筋条区蒙皮的冲击穿透损伤会使得结构的压缩局部屈曲载荷和压缩强度有较为明显的下降,而筋条间蒙皮和筋条凸缘处的穿透损伤对结构的压缩结果影响较小。另外,试验表明,含筋条凸缘穿透损伤的结构在压缩破坏过程中会出现较为明显的损伤扩展。试验结果可以为该型结构的工程应用提供有价值的参考。     

子波变换在复合材料损伤声发射定位系统中的应用

鉴于对非平稳信号处理的传统方法的局限,本文分析了子波变换下奇异信号和白噪声在多尺度空间中模极大值传播特性。对复合材料所受冲击信号进行处理,提出一种对相似信号进行归类的方法,该方法能实时有效地从冲击信号中提取冲击的大小及位置信息,并对复合材料冲击损伤准确定位。     

基于应变损伤模型的复合材料层合板低速冲击数值模拟

提出了一种基于应变的复合材料损伤模型,考虑了复合材料冲击过程中出现的面内纤维断裂与压缩,基体开裂与挤裂。在使用Abaqus软件进行数值模拟计算时,自编的用户子程序VUMAT和Cohe-sive模型分别实现了复合材料面板的损伤和层间分层。通过对层合板在不同能量下的低速冲击的有限元模拟发现,模拟得到的分层损伤形状和面积、冲头最大挠度、接触力和凹坑深度都与试验结果吻合较好。