光纤埋入对复合材料刚度的影响

采用国内常用的复合材料,制作两等同对比试件,用全息干涉计量术,研究光纤埋入对复合材料刚度性能的影响。给出了实验结果及分析,实验结果表明,光纤埋入提高了复合材料的刚度,这一研究对光纤复合材料结构局部或全部取代飞行器复合材料结构,有重要的意义。     

采用光纤作为传感神经的复合材料机敏结构微观组织研究

 在复合材料构件中埋入光纤传感器形成一种光纤复合材料机敏结构可以实现对构件的自检测和自诊断。研究埋入传感光纤后的碳/环氧树脂基复合材料的微观组织,分析光纤与树脂基体的融合状况以及对复合材料结构的影响。     

植入FBG的碳纤维复合材料全寿命周期结构状态研究

将光纤光栅传感器与碳纤维复合材料进行一体化集成设计,在碳纤维复合材料内部植入光纤光栅传感器,验证了埋置工艺的可行性,确认了其可实时监测环境温度值,研究了植入光纤光栅传感器后碳纤维复合材料的结构强度变化及光纤光栅的信号传递率。试验结果表明:碳纤维复合材料埋入光纤光栅传感器前后结构强度变化率小于10%,光纤应变信号传递率高于90%,光纤光栅传感器可以作为碳纤维复合材料结构进行从加工固化、使用过程直至破坏的全寿命周期的结构强度监测的有效手段。     

复合材料内传感光纤的埋置技术

对传感光纤在复合材料内的埋置技术进行了详细的实验研究,包括复合材料内光纤埋置工艺与布局原则,光纤内埋置部分在热压时的保护,光纤的引出及引出接头的保护,埋入光纤对材料性能的影响,复合材料内应变与损作的检测灵敏度与光纤阵列矶局的关系等,并成功地将传感光纤埋置入教－１１飞机的碳纤维／环氧复合材料垂直尾翼试件内。     

强度自适应智能复合材料结构

提出在复合材料中埋入形状记忆合金丝、光纤阵列组成的强度自适应复合材料结构与系统。提出能够改变结构应力分布的形状记忆合金丝的布置方案;检测复合材料损伤及大应变位置的光纤阵列和神经网络;以及控制激励形状记忆合金丝动作的系统和实验方案。     

刻纹光纤用于复合材料内应变与损伤探测的可行性研究

提出了一种新颖的、采用刻纹多模光纤组成的光纤强度型应变／应力传感器，并将其埋入复合材料结构内组成传感阵列，探索了将其用于结构内应力、应变等的状态探测或损伤估计的可行性。     

复合材料层合板中埋入光纤后的弯曲性能

<正>具有健康监测功能的智能复合材料结构在航空航天、舰船武器等军事领域和机械结构、土木工程等民用领域得到了初步应用。其中光纤传感系统由于具有柔软、电绝缘、耐腐蚀、和复合材料具有良好的耦合性等许多独特的优点,常用于智能材料结构的应力、变形等物理量的检测中,成为构成智能复合材料结构中自诊断系统的首选功能元件。在光纤智能结构中,由于光纤传感器的埋入,导致了材料几何上的不连续,从而不可避免地会对埋入光纤附近     

复合材料挖补修理结构渐进损伤分析

采用材料弹性系数的刚度退化模型分析了复合材料挖补结构的极限强度。基于Mayes模型提出了一种复合材料层合板的刚度退化方法,以带中心孔拉伸试件为对象,在完成有限元网格划分与单元选取的适应性研究后,使用复合材料层压板挖补试验件进行了渐进损伤分析方法的有效性验证。开展了挖补结构的渐进损伤分析和挖补参数对极限强度的影响研究。研究结果表明,采用层合单元的有限元模型和基于材料弹性系数的刚度退化模型,可以作为复合材料修补结构强度的基本分析模型,计算效率和分析精度能够满足工程分析需求,修补设计参数对修补结构强度的影响呈非线性。研究结果可以为复合材料层压板挖补修理设计提供参考。     

应用于智能结构的光纤传感新技术研究

介绍了研制成功的几种适合于埋入复合材料结构内的光纤应变传感器,并将所研制的新型光纤传感器在载荷自诊断智能结构、复合材料梁振动试件上进行了试验,效果良好。     

基于光纤光栅传感器内埋的复合材料加筋板冲击位置识别

光纤光栅传感器是实现复合材料内部结构健康监测的最佳选择,可实现对复合材料冲击载荷位置的实时识别,锁定损伤区域,视情检测,提高效率,减小安全隐患.将光纤光栅传感器在复合材料层合板预浸料阶段埋入,通过热压罐固化方式成型为一体化结构,研究传感器对层合板不同位置载荷冲击的识别技术;并将12支光纤光栅传感器内埋于航空飞机典型复合材料加筋板结构,通过互相关函数算法成功实现了小尺寸加筋板结构的冲击定位判别.     

基于空心光纤的智能结构自诊断、 自修复系统

利用空心光纤完成了智能结构自诊断、自修复系统。空心光纤网络可以检测出结构损伤的位置,并将胶液输送至结构损伤处进行修复,从而实现对复合材料结构损伤的自诊断及自修复功能。另外,本文对空心光纤埋入复合材料结构后的相容性进行了试验和分析。     

垂直度误差对复合材料单钉连接性能的影响

为揭示连接孔垂直度误差对航空复合材料连接性能的影响规律,对准各向同性碳纤维环氧树脂复合材料板进行了单钉单剪试验研究。以极限承载强度、弦刚度、2%偏移承载强度为指标研究连接孔的倾斜角度、倾斜方向以及螺栓扭矩对接头承载性能的影响规律。试验结果表明:当连接孔倾斜角度从0°增加到4°时,接头弦刚度增大10%~40%,极限承载强度下降9%~12%;连接孔倾斜方向对极限承载强度影响甚微,却可使接头弦刚度产生20%~30%的变化;增加螺栓扭矩可以有效提高极限承载强度,但对接头刚度无明显影响;连接孔倾斜角度越大,则螺栓扭矩的增大对2%偏移承载强度的强化效果越不明显。     

智能复合材料中的应变测量

介绍了智能复合材料的几种测量应变场所必须的分布及准分布埋入式光纤应变传感器 ,并对它们各自的特点进行了讨论     

碳/碳复合材料室温和700 ℃面内剪切疲劳试验

为了研究高温环境碳/碳复合材料面内剪切疲劳特性,以含防氧化涂层的[±45] 4S 铺层碳/碳复合材料为研究对象,开展了 室温和700 ℃下的拉/拉疲劳试验。结果表明：碳/碳复合材料面内剪切剩余刚度变化呈横向的“S”形,对比室温环境,在700 ℃下 碳/碳复合材料面内剪切疲劳在中期损伤时的刚度降低趋势更为明显,在室温时发生疲劳断裂的剩余刚度为初始刚度的82%,而 在700 ℃下则降低至初始刚度的68%;在室温环境下碳/碳复合材料在33%和66%循环数后的面内剪切剩余强度分别为初始强度 的95.20%和85.70%,当温度升高为700 ℃时,分别为96.43%和85.59%。基于损伤因子的刚度和强度表征,考虑温度、应力水平的 影响,建立了碳/碳复合材料剩余刚度、剩余强度模型,较好地拟合了试验数据,高精度地获得了室温和700 ℃下碳/碳复合材料面 内剪切疲劳剩余刚度、剩余强度理论曲线,为后续复杂碳/碳复合材料结构件疲劳寿命预测提供了重要数据。     

单面螺纹抽钉干涉配合复合材料连接件挤压强度研究

由于连接技术是复合材料连接结构设计中的关键环节,所以本文通过试验研究了干涉配合对复合材料单钉双剪连接件挤压强度的影响作用,并建立了能预测复合材料连接件挤压强度的三维有限元数值模型.该模型考虑了钉孔接触、渐进损伤以及大变形理论,并采用了Hashin失效判据以及Tan材料性能退化准则,研究了不同干涉量(0％,0.5％,3％)配合方式对连接强度和刚度的影响作用.结果表明适量的干涉能提高连接挤压强度,而3％的过量干涉配合降低了连接挤压强度,却有较高的挤压弦向刚度,与试验结果相比,吻合较好.     

单向碳/碳复合材料高温疲劳试验研究

为了研究单向碳/碳的高温疲劳特性,从疲劳损伤力学出发,提出了考虑温度、氧化速率的碳/碳复合材料剩余刚度、剩余强度模型,并开展了碳/碳复合材料[0]16单向板试验件在室温、有涂层700℃和无涂层700℃的拉/拉疲劳试验和剩余强度试验。试验结果表明:单向碳/碳复合材料的剩余刚度曲线呈倒"S"形,材料的刚度退化存在三个阶段;单向碳/碳复合材料在室温和有抗氧化涂层700℃的疲劳加载初期和末期存在刚度突降,中期的刚度无明显退化;单向碳/碳复合材料在室温的疲劳刚度退化小于10%,而有抗氧化涂层单向碳/碳复合材料700℃的刚度退化超过30%;无抗氧化涂层单向碳/碳复合材料在疲劳中期存在明显刚度退化,末期无刚度突降。模型的拟合结果表明:复合材料高温剩余刚度、剩余强度模型能够很好地预测单向碳/碳复合材料在室温和700℃的剩余刚度、剩余强度变化。     

基于神经网络的智能复合材料损伤评估系统

介绍了一种复合材料损伤评估的新系统。该系统由埋入光纤传感器阵列、形状记忆合金丝和Ｋ　ｏｈｏｎｅｎ　自组织神经网络处理器组成。由埋入光纤传感器阵列实现对材料损伤的检测,神经网络由ＴＭＳ３２０Ｃ２５　高速并行处理器和ＩＢＭＰＣ／３８６组成的高速并行分布处理器进行模拟,实现传感器输出信号的实时处理,并产生相应的控制信号激励形状记忆合金丝（ＳＭＡ）,以改变材料的应力状态,延缓材料的破坏。     

考虑含界面裂纹应力集中系数的复合材料强度计算

弱界面复合材料受横向拉伸时,界面会在材料整体破坏前发生脱粘,材料横向拉伸强度甚至远低于纯基体的拉伸强度。为了准确地预测弱界面复合材料的偏轴强度,需要考虑和量化纤维埋入及界面脱粘对基体现场强度的影响。定义考虑界面裂纹的应力集中系数,提出一种新的方法用于预测弱界面复合材料在任意角度偏轴拉伸作用下界面脱粘对应的临界外加载荷和材料的整体强度;并对不同种类的复合材料进行算例分析。结果表明:加入新定义的应力集中系数可以明显提高预测的准确性。     

民用飞机复合材料舱门优化设计

复合材料因其具有比刚度大、比强度高、可设计性强等特点而被广泛应用到民用飞机结构上。针对宽体复合材料舱门设计方案，建立有限元模型进行初步分析，然后以刚度设计要求和强度设计要求为约束条件，对复合材料舱门结构的铺层比例进行了优化，达到了复合材料舱门的减重目的。优化后复合材料舱门的重量降低了10%以上，并且满足所有刚度和强度设计要求。本文所做研究为复合材料气密舱门减重提供了一种有效的方法，并且为类似结构的设计提出了参考建议，在工程上具有一定的指导意义。     

缝合复合材料层压板刚度与强度估算方法

试图采用经典层压板理论来估算缝合层压板的刚度和强度值，而把缝合参数(包括缝线种类、缝合密度、缝合角度等)对层压板刚度和强度的影响仅仅归结为由于缝线导致的单向板刚度和强度的改变上，与试验结果对比表明，采用经典层压板理论并结合本文对缝合参数的处理方法可以较好地估算缝合复合材料多向层压板的刚度和强度值。