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。     

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。     

智能复合材料结构在未来飞机上的应用

智能复合材料结构是将传感器阵列、接收器件、发射器件埋嵌在复合材料中,将结构与电子系统功能溶合的一种新结构。美国计划在21世纪初研制出全智能结构飞机。本文仅说明智能复合材料结构在飞机上的应用前景,并从损伤评估、应变测量、改变应力、抑制振动以及天线元件等方面介绍当前的研究成果。     

航空航天复合材料结构健康监测技术研究进展

通过在线监测结构响应,实时掌握结构的健康状况,并在此基础上对可能发生的损伤和故障进行预报,以便能及时采取措施,保证复合材料结构的服役安全.综述了几种重要的结构健康监测方法的研究进展、应用场合与发展历程,包括:全局状态感知技术(光纤传感监测法)、全局损伤诊断技术(波传播损伤诊断法)、局部损伤诊断方法(机电阻抗监测法、真空比较监测法、智能涂层法等),讨论了复合材料结构健康监测传感器的安装方法.结合各种技术的发展历程和优缺点展望了航空航天复合材料结构健康监测技术的发展趋势.     

先进碳纤维增强复合材料螺栓连接结构损伤监测技术

螺栓连接是飞行器复合材料结构最常用的连接方式,由于复合材料螺栓连接结构本身的特点及所受载荷和使用环境的复杂性,复合材料螺栓连接结构的完整性与耐久性分析非常困难。如何有效智能实时监测复合材料螺栓连接结构的服役状态,并在线诊断评估其可靠性、完整性是一项亟须解决与突破的关键技术难题。本文提出并发展了基于柔性涡流传感阵列薄膜和基于碳基纳米压阻传感器的先进碳纤维增强复合材料螺栓连接结构损伤监测技术,系统阐述了其传感监测原理、传感器制备工艺及传感器与螺栓连接结构集成方案,并对所提出的先进传感技术监测功能开展了一系列试验验证,试验结果表明该先进传感技术具有很好的损伤模式辨识能力与损伤参数量化监测能力。     

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     

形状记忆合金增强智能复合材料结构的自诊断、自修复功能的研究

研究了利用形状记忆合金和液芯光纤对复合材料结构中的损伤进行自诊断、自修复的方法。对总体方案进行了分析,并做了初步的试验。     

复合材料翼面结构综合优化设计技术

概要介绍了复合材料翼面结构在静力、振动、位移、舵面效率、发散速度、颤振、尺寸限制等多种约束条件下的最小重量设计技术。对优化过程中遇到的复合材料的静强度准则、均衡约束、动态上限等问题提出了相应的解决方法。用基于该技术和方法而编制出的综合设计程序系统对一个三角机翼复合材料结构进行了综合优化设计研究,在满足许用应变、尺寸限、均衡、颤振速度等约束条件下,经6次迭代得到了最佳的铺层设计结果。该机翼全尺寸静强度、耐久性/损伤容限及共振试验结果表明：理论计算与试验符合;复合材料构件中的最大应变小于许用应变约束限;按许用应变设计出的复合材料翼面蒙皮构件可满足耐久性/损伤容限要求;颤振速度比同状态金属机翼提高23%;减重效率为20%.     

复合材料翼面结构综合优化设计技术

概要介绍了复合材料翼面结构在静力、振动、位移、舵面效率、发散速度、颤振、尺寸限制等多种约束条件下的最小重量设计技术。对优化过程中遇到的复合材料的静强度准则、均衡约束、动态上限等问题提出了相应的解决方法。用基于该技术和方法而编制出的综合设计程序系统对一个三角机翼复合材料结构进行了综合优化设计研究,在满足许用应变、尺寸限、均衡、颤振速度等约束条件下,经6次迭代得到了最佳的铺层设计结果。该机翼全尺寸静强度、耐久性/损伤容限及共振试验结果表明:理论计算与试验符合;复合材料构件中的最大应变小于许用应变约束限制;按许用应变设计出的复合材料翼面蒙皮构件可满足耐久性/损伤容限要求;颤振速度比同状态金属机翼提高23％;减重效率为20％。     

STRAIN MEASUREMENT IN THE SMART COMPOSITE

ＳＴＲＡＩＮＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＩＮＴＨＥＳＭＡＲＴＣＯＭＰＯＳＩＴＥＬｉａｎｇＤａｋａｉ；ＴａｏＢａｏｑｉ（ＳｅｎｓｏｒｉｎｇａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＮａｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ...     

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。     

Smart structures with nerves of glass

Aircraft and space platforms in the 21st century will probably be smart structures capable of sensing both their state and their environment. Networks of optical fibres will constitute an effective nervous system collecting sensory information from structurally integrated arrays of fibre optic sensors associated with each structural component. It is expected that the structural integrity of these smart structures would be monitored throughout their life. During manufacture and installation their built-in sensors would check for flaws or mishandling and therefore provide quality control. In operation their stress and thermal history would be constantly monitored to warn of impact damage, excessive loading or the onset of fatigue. These intelligent damage assessment systems could make obsolete the catastrophic failures that sometimes plague our aircraft, trains and cars today and lead to a revolution in engineering ethics. Structurally integrated optical fibre sensors could also provide the strain, displacement and deformation information required for many control situations. In some of these instances optical control signals might counterstream along these same optical paths to arrays of actuators. In the case of advanced aircraft real time monitoring of the aerodynamic load distribution combined with the extremely fast flight control made possible with distributed arrays of small actuators might permit the aircraft to respond instantly to turbulence. Another potential application is shape sensing and vibration monitoring for dynamic control of large space structures.     

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。     

航空航天智能材料与智能结构研究进展

智能材料作为新兴多功能材料,能够实现结构功能化、功能多样化。智能结构是在结构中集成智能材料作为传感器和驱动器,使结构除了具有承载、传力、连接等功能外,还具有自感知、自诊断、自驱动、自修复等能力,以更好地适应外界环境的变化,可显著提升航空航天架构的性能。目前智能材料与智能结构已成为航空航天架构减重增效研究的重点。根据国内外智能材料和结构的研究进展,综述了压电材料、铁磁材料、形状记忆材料、智能复合材料等智能材料的发展;讨论了智能结构的研究及应用前景,包括自诊断智能结构、自修复智能结构和减振降噪智能结构;最后,指出了智能材料与结构当前面临的一些挑战性问题,展望了其在航空航天领域的应用前景。     

无参考主动Lamb波结构损伤时反成像监测方法

主动Lamb波损伤监测中的差信号方法获取损伤散射信号容易受到结构和环境等外界因素的影响。针对该问题,提出了无参考信号的损伤成像定位和监测方法;研究了回波式压电阵列的布置方法,并设计采用时间反转窗函数,清除Lamb波监测信号中的直接传播信息和边界反射信号,以截取出内部散射信号;通过控制压电阵列布局、设置窗函数等技术条件,基于时间反转理论中对波源的自适应聚焦原理,直接利用当前状态下的传感信号实现对结构损伤的实时成像、定位与评估,不再需要健康信号作为参考。在玻璃纤维复合材料板上的实验结果表明,该方法能较为准确地实时监测出损伤的位置、范围等特征。     

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。