基于FBG传感器的CFRP层合板钻孔响应试验研究

发布时间：2017-04-03 04:13

  本文关键词：基于FBG传感器的CFRP层合板钻孔响应试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：复合材料是指由两种或两种以上的物质组成,性能优于其中任何单独的一种物质的新型材料。复合材料由基体相和增强相组成,基体相为树脂基,增强相为纤维时,称为纤维增强树脂基复合材料。纤维增强树脂基复合材料一方面具有比强度高、比模量大、密度小等优点;另一方面,由于其具有硬度高、强度大、导热性差和各向异性的特点,导致其加工过程容易产生分层、撕裂、毛刺拉丝、崩块等缺陷,属难加工材料。纤维增强复合材料对于加工过程导致的不易察觉的隐藏缺陷异常敏感,这种缺陷会在服役过程中逐渐演变成结构的致命缺陷,尤其是分层,会导致结构件的强度严重下降。钻孔过程中的轴向钻削力是分层缺陷的主要影响因素,目前没有实现对所有工况下,钻削力所导致的缺陷产生机理的充分研究。论文对纤维增强复合材料板钻孔过程应变响应加以研究,使用表面粘贴传感器和在碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)板中嵌入光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的方法,深入研究应变的分布及响应规律,主要内容如下:(1)介绍复合材料制孔缺陷和复合材料损伤识别研究现状,以及FBG在复合材料结构健康监测中的应用现状。(2)FBG埋入CFRP的工艺研究。基于FBG的传感原理,分析FBG和碳纤维预浸料的成型工艺,采用热压机对碳纤维预浸料的固化过程进行实时监测,制作智能CFRP薄片;结合实验误差分析,研究封装之后的FBG传感器的应变传感特性。(3)CFRP层合板钻孔应变响应数据分析。建立与有限元分析对应的Matlab三维数据模型,对所得应变仿真结果进行可视化,并由此分析钻孔过程应变响应的规律。(4)利用所制作的嵌入有FBG传感器的CFRP智能薄片进行钻孔实验。搭建钻孔应变响应监测系统,对CFRP层合板的钻孔应变响应进行实时监测,分析实验结果,对在CFRP内部埋入FBG用于钻孔应变响应监测效果进行评估。实验结果表明,嵌入之后的FBG传感器可以实现CFRP薄片钻孔过程的应变监测,监测结果与应变片结果相近,达到了理想的监测效果。
【关键词】：碳纤维增强复合材料 光纤布拉格光栅 应变响应 钻孔 数据分析
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 复合材料应用和发展现状12-14
• 1.2 FRP制孔过程和缺陷研究现状14-18
• 1.3 纤维增强复合材料损伤识别研究现状18-21
• 1.4 FBG在纤维增强复合材料结构健康监测中的应用21-23
• 1.5 论文的主要研究内容23-24
• 第二章 FBG埋入CFRP工艺研究24-43
• 2.1 FBG相关知识24-27
• 2.1.1 FBG传感器介绍24-25
• 2.1.2 FBG传感器的应变和温度传感原理25-27
• 2.2 嵌入FBG的CFRP层合板制作27-37
• 2.2.1 FBG嵌入CFRP层合板可行性分析27-29
• 2.2.2 FBG嵌入位置设计29-30
• 2.2.3 FBG嵌入CFRP流程30-37
• 2.3 嵌入后的FBG传感器校准37-41
• 2.3.1 实验材料和设备37-39
• 2.3.2 试验结果和分析39-41
• 2.4 封装的FBG测量误差分析41-42
• 2.5 本章小结42-43
• 第三章 CFRP层合板钻孔应变响应数据分析43-56
• 3.1 本章主要内容43
• 3.2 应变仿真数据可视化43-48
• 3.2.1 CFRP仿真模型建立43-44
• 3.2.2 基于Matlab的仿真应变数据三维显示44-48
• 3.3 FRP层合板钻孔试验数据的三维显示48-55
• 3.3.1 GFRP钻孔实验及实验数据重构49-51
• 3.3.2 CFRP钻孔试验及数据重构51-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 CFRP钻孔试验研究56-65
• 4.1 CFRP钻孔应变响应测试系统56-59
• 4.1.1 测试系统组成56-57
• 4.1.2 各部分的功用57-59
• 4.2 CFRP钻孔周围传感器测点布置59
• 4.3 CFRP层合板钻孔数据分析59-64
• 4.3.1 实验结果59-60
• 4.3.2 结果分析60-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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  本文关键词：基于FBG传感器的CFRP层合板钻孔响应试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：283695