橡胶材料聚合物光纤应变检测传感器研究

发布时间：2020-06-17 03:24

【摘要】：橡胶产品不仅常见于生活用品、医用产品等,而且被广泛应用于航空航天、军事工业、精密制造等领域。由于橡胶材料稳定性较差,在生产、存储和运输过程中容易出现夹杂、孔隙、裂纹等缺陷和损伤,因此橡胶产品的质量检测受到国内外学者的广泛关注。但由于橡胶材料有着高强耗能性以及滞后性,常规检测方法很难实时、准确的检测出其内部应变状况,因此粘弹性橡胶材料的实时应变监测方法研究具有较大的理论意义和实用价值。首先,理论研究粘弹性橡胶材料本构方程,推导出蠕变和应力松弛过程响应函数,利用有限元仿真进行粘弹性橡胶材料滞后性研究。基于蠕变和应力松弛过程的稳定状态,定义相对稳定状态的概念,提出滞后性大小表征函数,并进一步得出匀速拉伸过程中,滞后性大小随拉伸速率变化关系。其次,针对粘弹性橡胶材料由于存在滞后性而测不准的问题,设计了一种能够用于粘弹性橡胶材料应变实时监测的聚合物光纤应变传感器,并对该传感器进行一系列性能测试,其中包括测试范围、稳定性、重复性、定标实验以及温度特性等测试。实验结果表明,该埋入式聚合物光纤应变传感器实时测试会受温度的影响,其测试范围为0~4mm(对应应变范围为0%~8%),最大变异系数(重复性)为0.1144%,该埋入式聚合物光纤应变传感器具有良好的重复性、稳定性。最后,通过将设计的传感器埋入到橡胶试件中,开展了实验研究。结果表明,该聚合物光纤应变传感器能够较好的监测粘弹性橡胶材料的应变过程。另外,根据试件不同速率的拉伸实验数据测得的橡胶材料滞后性,与理论计算得到的滞后变换趋势相同,能够较好的验证论文中理论模型的正确性。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TQ336
【图文】：

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弹性材料应力松弛弛现象是指粘弹性材料在保持恒定的应变的情况下，内部程。材料的线粘弹性特性介于线弹性与理想粘性之间，因此壶元件的不同组合方式来描述。其中弹簧元件服从胡克定律切定律，使用数学模型可表述为：ssσ = EεDDσ = ηε′示应力，ε 表示应变，.Dε 表示应变率，E 和η 均为材料常数和粘性系数，下标“S”和“D”分别对应于弹性分量和粘性和粘壶元件的不同组合方式，可得到不同的微分型粘弹性本型是将弹簧元件和粘壶元件串联起来得到最简单的模型。

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不能充分描述各种材料的松弛特性,而型可以用来模拟复杂的应力松弛特性。为了更准,常用基本原件组合的模型或广义Maxwell模型[5well 模型并联而成，广义 maxwell 模型适合用来体模型如下图 2.2，首先弹性模量为iG 的弹簧元别串联，再并联到一起。

【参考文献】