内埋光纤光栅传感器对夹芯复合材料结构性能的影响研究

发布时间：2020-06-21 05:51

【摘要】：夹芯复合材料由于具有优异的力学和隐身性能,被越来越多地应用于舰船的建造中。复合材料的分层制造工艺和内部损伤监测需求使埋入光纤光栅传感器成为最理想可靠的复合材料结构健康监测方式之一。但埋入光纤光栅传感器可能会造成结构的不连续,产生应力集中。因此,本文对内埋光纤光栅传感器夹芯结构的损伤失效问题展开研究,为光纤光栅传感器埋入夹芯结构进行健康监测提供参考。首先,对树脂富集区形状的数值模拟方法进行分析和修正,利用修正后的数值方法计算得到树脂富集区长度。接着建立内埋光纤光栅传感器夹芯板的有限元模型,分别研究了拉伸、压缩和弯曲载荷作用下内埋光纤光栅传感器夹芯板的损伤失效问题。结果表明,当拉压载荷方向与光纤光栅传感器方向垂直时,树脂富集区与面板间界面最先发生失效,树脂富集区的存在造成结构在载荷方向不连续,面板中载荷方向的应力集中系数超过3,引起载荷方向纤维发生失效。当拉压载荷方向与光纤光栅传感器方向平行时,埋入光纤光栅传感器对夹芯板的损伤失效基本无影响,夹芯板的强度依赖于面板的强度。弯曲载荷下,埋入光纤光栅传感器对夹芯梁的损伤失效基本无影响,泡沫失效引起夹芯梁刚度降低超过80%,导致夹芯梁失效。然后,分析了树脂富集区长度、光纤光栅传感器直径和埋入方式对夹芯板损伤失效的影响。结果显示,当载荷方向与光纤光栅传感器方向垂直时,光纤对夹芯板厚度方向的扰动是引起面板中载荷方向应力集中的重要因素。增大树脂富集区长度或者减小传感器直径能够减小单位树脂富集区长度范围内光纤对夹芯板厚度方向的扰动,减小面板中载荷方向的应力集中系数,提高夹芯板的强度。改变光纤光栅传感器埋入方式能够有效减小埋入传感器的影响,当光纤光栅传感器一半埋入面板、一半埋入夹芯时,对夹芯板性能影响最小。最后,研究了埋入光纤光栅传感器对L型夹芯复合材料节点损伤失效的影响。结果表明,埋入光纤后,树脂富集区与面板间界面在载荷较小时发生脱粘,引起光纤光栅传感器测量数据在较低载荷时出现“阶跃”或者消失现象。静态载荷作用下脱粘没有大范围扩展,对夹芯结构的损伤失效影响不大。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U668.5
【图文】：

示意图,夹芯,泡沫,复合材料

结构的监测；复合材料的分层制造工艺为传感器埋入结构中监伤与失效提供了可能，而且复合材料主材也为埋入的传感器提保护[9]。光纤光栅传感器是对复合材料船舶结构进行监测的理，光纤光栅传感器已经逐渐应用于军用舰艇、海洋平台、航空梁和高速列车等结构的健康监测中。将光纤光栅传感器埋入复中，可以实时在线监测和评估结构内部的健康状态，及时了解情况，对可能发生的危险进行提前预警，以提高船舶结构的安度设计等。

示意图,夹芯,舰船,复合材料

的物理保护[9]。光纤光栅传感器是对复合材料船舶结构进行监测的理想部件之一。目前，光纤光栅传感器已经逐渐应用于军用舰艇、海洋平台、航空航天器、大型桥梁和高速列车等结构的健康监测中。将光纤光栅传感器埋入复合材料船舶结构中，可以实时在线监测和评估结构内部的健康状态，及时了解结构内部的损伤情况，对可能发生的危险进行提前预警，以提高船舶结构的安全性能，避免过度设计等。图 1-1 泡沫夹芯复合材料示意图

【相似文献】