一种用于大尺寸结构健康监测的光纤传感器

为了对较大尺寸的复合材料结构进行健康监测,研制了一种干涉型光纤传感器并验证了其性能.传感器由E2000连接器、单窗口光纤分路器、两根端面镀反射膜的单模裸光纤组成.验证结果表明,传感器测量臂的增量与应变增量有线性关系,温度变化对传感器测量臂的长度也有影响,传感器可以用于判断复合材料的损伤,与SMARTEC公司生产的传感器相比,两者测量值相差很小.     

基于DFT的液氧相容改性环氧树脂的化学特性研究

通过化学改性的方式在环氧树脂里面引入磷元素可以有效提高其液氧相容性,但这同时也会改变环氧树脂的化学特性,而关于化学特性的变化还有待研究。由于实验研究难以表征相关化学特性,采用密度泛函理论(DFT)对10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(ODOPB)改性环氧树脂分子的化学特性做了深入研究。为了分析在环氧树脂分子上枝接ODOPB官能团对其化学特性的影响,同时还研究了未改性环氧树脂分子的相关特性并进行对比。研究结果发现,ODOPB改性后环氧树脂分子主链上的键解离能和拉普拉斯键级都有所增加,分子表面静电势和平均局部离子化能的最大值有所降低,表明枝接ODOPB可以提高环氧树脂的热稳定性,并有助于提高其液氧相容性。研究为从分子层面研究ODOPB改性环氧树脂的液氧相容机理提供了理论基础。     

单向碳纤维增强树脂基复合材料的超低温力学性能

采用真空袋-热压罐工艺制备单向碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)层合板,并将高低温试验箱与万能试验机相结合,通过合理使用低温胶和低温引伸计,并在降温过程中实施应力-应变实时调零等关键技术,在室温和液氧超低温度(-183℃)下对单向CFs/EP层合板进行拉伸和弯曲试验,研究了其超低温力学性能,并根据室温和超低温试验后试样的微观和宏观特征,揭示了超低温环境下复合材料力学性能变化机制。结果表明,与室温力学性能相比,单向CFs/EP层合板超低温拉伸强度下降约为9.5%,而拉伸模量上升约为6.2%,主要是由于超低温环境下,树脂的收缩使绝大部分碳纤维与树脂间形成了强界面,拉伸后试样呈"劈裂式"破坏形式,无法使每根纤维都充分发挥其强度,拉伸强度下降,同时超低温也限制了树脂大分子链的运动,所以导致单向CFs/EP层合板拉伸模量上升;单向CFs/EP层合板超低温弯曲强度和弯曲模量分别提高约54.75%和11.64%,这是由于单向CFs/EP层合板的常温和超低温的弯曲破坏形式均为分层剪切破坏,超低温下复合材料的界面增强,提高了单向CFs/EP层合板抵抗剪切分层的能力,进而使CFs/EP的弯曲性能得到提高。     

基于二维连续小波变换与数据融合技术的逆有限元法-伪激励法结构损伤识别方法

在逆有限元法(iFEM)与伪激励法(PE)相结合的损伤识别方法框架下,通过引入二维连续小波变换与数据融合技术,增强了iFEM-PE方法的抗噪能力及工程适用性。通过算例分析可知,iFEM能够借助有限应变测量数据实时准确地重构结构位移,进而使PE方法摆脱了对在线位移测量的依赖。另一方面,PE法对结构损伤具有高敏感性,适用于损伤的精确定位与定量。针对iFEM-PE方法对噪声的敏感性,二维连续小波变换可以在时频域实现信号联合分析,加强损伤特征并抑制噪音。另一方面,数据融合技术通过对不同工况下损伤识别结果的综合处理,有效提升了损伤识别的适用性与稳定性。结果显示,以上方法在噪音影响下可对复合材料结构的分层损伤进行精确定位。      

厚截面构件RTM注射工艺树脂流动过程模拟

针对厚截面构件的RTM工艺过程,研究了三维树脂流动问题。基于六面体单元,采用有限单元/控制体积方法,开发了三维树脂流动过程模拟程序HEXCV。与解析解比较验证了HEXCV程序的稳定性和可靠性。算例研究表明,HEXCV程序可为工艺过程设计提供有效的参考依据。      

光纤光栅应变传感器监测复合材料层板疲劳过程

采用光纤光栅 (FBGs) 作为疲劳计监测了复合材料层板在等应力幅疲劳测试过程中的应变变化,该变化反映了复合材料在疲劳过程中刚度的衰减规律。试验结果验证了FBGs传感器的疲劳监测能力。FBGs不仅能够埋入复合材料中反映材料疲劳过程中的刚度衰减,而且具有良好的耐久性与稳定性,在经过高达106次循环周次后,依然保持良好的传感能力。FBGs作为一种有效的手段和工具,为复合材料服役过程中的损伤监测、寿命评估以及材料破坏失效阶段的预警提供了可能。      

加筋复合材料圆筒结构的撞击识别

以加筋复合材料圆筒结构为对象,研究了复合材料结构的外部低速撞击识别问题。采用压电传感器获取发生低速撞击时在结构内产生的应力波信号。针对加筋复合材料结构的撞击位置识别,特别是监测区域边缘的位置识别问题,提出了基于传感器信号功率的两步法来估计撞击位置; 撞击载荷的重构采用系统辨识方法,通过分析系统辨识方法中传递函数的模型阶次和相关性系数的关系,提出了模型阶次选择的原则以进一步完善该方法。结果表明: 所提出的两步定位法可较好地估计所有监测区域的撞击位置,所改进的系统辨识方法可较好地识别非加筋区域上的撞击位置和撞击载荷时间历程; 当撞击点为加筋区域时,由于筋条对应力波传播的复杂影响导致撞击识别误差偏大。     

热处理对EB-PVD制备的NiCoCrAl薄板的微观结构和拉伸强度的影响(英文)

采用电子束物理气相沉积技术制备NiCoCrAl合金薄板,研究热处理对合金薄板的微观结构和拉伸强度的影响。制备态的合金薄板具有柱状晶结构,柱状晶间存在间隙。经1050°C热处理,柱状晶间的间隙消失,从而导致柱状结构间的结合强度提高;新相Ni3Al在合金中析出,这有助于提高柱状结构间的结合强度。热处理后,合金薄板中残余应力减少,证明薄板中柱状结构间的界面结合有改善。柱状结构间结合强度的提高最终导致合金薄板的拉伸强度和伸长率的提高。     

水下管道超声导波检测实验研究

扭转模态导波T(0,1)对液体载荷不敏感,其用于水下管道检测是一种具有潜在吸引力的导波模态。基于T(0,1)导波,研制了一套可用于水下管道检测的新型换能器阵列,并在实验室环境中进行了系列检测实验。换能器采用厚度剪切型压电陶瓷作为敏感元件。卡具装置采用模块化设计,模块间通过销轴连接。这种设计使换能器阵列具有一定的柔性,并可方便拆卸各模块以满足不同直径管道对于换能器数量的要求。实验结果表明,换能器阵列能在水下管道中高效激励和接收T(0,1)模态导波。模拟损伤回波信号到达时间和幅度较好地反映了损伤的轴向位置及大小。换能器阵列具有安装简单,使用灵活的特点,为水下管道超声导波检测提供了有效手段。     

光纤传感器在复合材料固化监测中的应用

光纤传感器代表一种崭新的传感技术，适用于众多场合，根据传感原理，对应用于复合材料固化监测的光纤传感器进行了概述，分别介绍了它们的结构，传感机理及应用方法，并总结了光纤固化监测传感器在工程中广泛应用急待解决的问题。