基于柔性涡流传感薄膜的碳纤维复合材料螺栓连接结构损伤监测

发布时间：2021-08-21 01:41

　　碳纤维复合材料因其优异的综合性能在航空航天领域得到了广泛的应用。在飞行器复合材料结构设计制造过程中,为满足检验、运输和维修等需求,大型复合材料结构必须布置一定的工艺分离面,以便多个部件连接成一个整体。螺栓连接是最常见的飞行器复合材料结构连接方式之一,但螺栓连接结构的螺栓孔在受载时由于应力集中效应,极易产生孔边损伤,威胁结构安全。针对复合材料螺栓连接结构通常具有厚度大、孔边损伤形式复杂多样、传统检测/监测手段难以对损伤进行定量等特点,本文创新地设计了基于柔性电路板技术三种柔性涡流传感薄膜,通过将其粘贴在连接结构螺杆上,从而实现对复合材料螺栓连接结构不同形式孔边损伤的定量化监测。本文由易到难,从金属连接结构到碳纤维复合材料连接结构,对所提出涡流传感薄膜的进行了优化设计,并通过仿真分析和实验验证研究了柔性涡流传感薄膜在监测连接碳纤维复合材料连接结构孔边损伤问题上的可行性和有效性。主要研究工作包括:1.为监测复合材料连接结构孔边挤压破坏沿径向的扩展,设计了一种双矩形线圈空间结构的涡流传感薄膜,激励和接收线圈均为覆盖连接结构整个厚度的矩形线圈。有限元分析结果表明:在金属连接结构中,随着孔边径向裂... 

【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１因飞行器结构失效引起的典型飞行事故??

基于柔性涡流传感器的碳纤维复合材料螺栓连接结构的损伤监测??Ｄ?＝?ｅＥ?（２．５）??Ｂ?＝?ｊｉＨ?（２．６）??Ｊ?＝?ｏＥ?（２．７）??ｓ、［Ｉ、ａ分别是介质的介电常数（Ｆ／ｍ）、磁导率（Ｈ／ｍ）、电导率（Ｓ／ｍ）。??对于媒介属于非线性或者各向异性材料，则本构方程则更为复杂。例如，碳??复合材料呈电各向异性。下面将探索碳纤维复合材料的本构方程。??碳纤维复合材料在生产过程中，碳纤维可以通过人工铺放或自动铺放两种形??行铺放，铺层结构是复合材料结构设计的关键［５４］。目前最常见的工艺方法是??浸过树脂的单向碳纤维束按设计角度进行手工铺放，如图２．１就是一个多向铺??的碳纤维复合材料板。??

碳纤维复合材料在生产过程中，碳纤维可以通过人工铺放或自动铺放两种形??式进行铺放，铺层结构是复合材料结构设计的关键［５４］。目前最常见的工艺方法是??将浸过树脂的单向碳纤维束按设计角度进行手工铺放，如图２．１就是一个多向铺??层的碳纤维复合材料板。??３隱??ｆ?ｉＷＭＷ??图２．１碳纤维复合材料的铺层方式??碳纤维复合材料具有导电性是因为碳纤维束具有导电性。因此，由碳纤维束??复合而成的碳纤维复合材料的各向导电性并不相同。一般而言，碳纤维复合材料??中碳纤维体积分数在６０％－７０％之间，沿着纤维的方向纵向电导率约在??５ｘｌ０３－５ｘｌ０４Ｓ／ｍ之间，在同层纤维间，垂直于纤维方向的横向电导率约在??５０Ｓ／ｍ－１００Ｓ／ｍ之间［５５１，而铺层之间的层间电导率最小，其大小与铺层时的压紧??程度相关，通常认为是横向电导率的５０％左右。??因此，建立如图２．２所示的坐标系，其中局部坐标系的Ｘ’轴为纤维的方向，Ｔ与??Ｘ轴夹角为０


本文编号：3354631