本文關(guān)鍵詞： 三維編織復(fù)合材料 碳納米線傳感器 小波閾值降噪 內(nèi)部缺陷 損檢測(cè) 四分矩陣奇異值分解　出處：《天津工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：復(fù)合材料因?yàn)槠鋬?yōu)異的比剛度、比強(qiáng)度,以及良好的耐久性和抗疲勞性能,已被廣泛應(yīng)用在航空航天、建筑、高鐵和汽車材料等領(lǐng)域。實(shí)時(shí)高效的無損檢測(cè)方法對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷檢查和持續(xù)在線監(jiān)測(cè)意義重大。本文將碳納米傳感測(cè)量和奇異值分解算法相結(jié)合應(yīng)用于三維編織復(fù)合材料試件的損傷檢測(cè),對(duì)樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行了損傷存在性與損傷位置確定的檢測(cè)實(shí)驗(yàn),構(gòu)建了基于碳納米線的三維編織復(fù)合材料損傷檢測(cè)系統(tǒng)。本文首先介紹了復(fù)合材料的定義,基于其在航空航天等諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用分析了復(fù)合材料無損檢測(cè)的重要性,并對(duì)復(fù)合材料健康監(jiān)測(cè)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述。其次,闡述了碳納米線的傳感原理及制備方法,并對(duì)碳納米線的傳感特性進(jìn)行分析,給出了碳納米傳感器用于三維編織復(fù)合材料的損傷檢測(cè)的理論依據(jù)。隨后,文章介紹了碳納米線傳感器嵌入三維編織復(fù)合材料試件的編織方法。實(shí)驗(yàn)中所用試件均采用三維四步六向編織工藝將碳納米線傳感器以軸向紗和六向紗形式嵌入復(fù)合材料。針對(duì)三維六向編織復(fù)合材料,基于四步法編織工藝攜紗器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,構(gòu)建了結(jié)構(gòu)的三單胞幾何模型,研究了材料各區(qū)域紗線的面內(nèi)和空間運(yùn)動(dòng)軌跡,預(yù)測(cè)了材料內(nèi)部碳納米線傳感器的走向。在此基礎(chǔ)上,對(duì)碳納米傳感器陣列采集的數(shù)據(jù)矩陣用二維小波閾值法進(jìn)行預(yù)處理�？紤]到小波硬閾值函數(shù)不連續(xù)而軟閾值函數(shù)與真實(shí)信號(hào)間存在恒定偏差的缺點(diǎn),提出了一種動(dòng)態(tài)閾值算法,使得改進(jìn)后的閾值隨分解層數(shù)的增加而動(dòng)態(tài)改變,且該閾值函數(shù)連續(xù)可導(dǎo)。通過Matlab軟件仿真證明了該閾值函數(shù)的降噪效果優(yōu)于傳統(tǒng)的閾值函數(shù),為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理打好了基礎(chǔ)。最后,考慮復(fù)合材料健康監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)處理問題,為保證系統(tǒng)良好的實(shí)時(shí)性,提出四分矩陣奇異值分解算法以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù),提高算法效率;同時(shí)提取數(shù)據(jù)矩陣的關(guān)鍵特征,通過與健康試件的特征值比對(duì),確定損傷的存在并計(jì)算損傷位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法應(yīng)用于三維編織復(fù)合材料的損傷定位切實(shí)可行。
[Abstract]:Composite materials have been widely used in aerospace and construction because of their excellent specific stiffness, specific strength, good durability and fatigue resistance. In the field of high iron and automobile materials, real time and high efficient nondestructive testing method is of great significance for internal damage detection and continuous on-line monitoring of composite structures. In this paper, carbon nanosensor measurement and singular value decomposition algorithm are combined. It is used for damage detection of 3D braided composite material. In this paper, the damage existence and damage location of resin matrix composites are tested, and a three-dimensional braided composite damage detection system based on carbon nanowires is constructed. Firstly, the definition of composite material is introduced in this paper. Based on its extensive application in aerospace and other fields, the importance of nondestructive testing of composite materials is analyzed, and the research status of health monitoring of composite materials at home and abroad is described. Secondly. The sensing principle and preparation method of carbon nanowires are described, and the sensing characteristics of carbon nanowires are analyzed, and the theoretical basis for damage detection of 3D braided composites by carbon nanowires is given. In this paper, the braiding method of carbon nanowire sensor embedded in 3D braided composite specimen is introduced. In the experiment, the carbon nanowire sensor is embedded in the form of axial yarn and hexagonal yarn by using three-dimensional four-step six-direction braiding process to embed the carbon nanowire sensor in the form of axial yarn and six-direction yarn. Composites. Three dimensional hexagonal braided composites. Based on the motion law of the yarn carrier in the four-step braiding process, the three-cell geometric model of the structure is constructed, and the in-plane and spatial motion trajectories of the yarns in each region of the material are studied. The trend of carbon nanowire sensor is predicted. Two-dimensional wavelet threshold method is used to preprocess the data matrix collected by carbon nanosensor array. Considering the disadvantage of wavelet hard threshold function discontinuity and constant deviation between soft threshold function and real signal. In this paper, a dynamic threshold algorithm is proposed, which makes the improved threshold change dynamically with the increase of the number of decomposition layers. And the threshold function can be continuously differentiable. Matlab software simulation shows that the threshold function noise reduction effect is better than the traditional threshold function, which provides a good basis for the subsequent data processing. Finally. Considering the problem of data processing in composite material health monitoring, a quadrilateral matrix singular value decomposition (QSVD) algorithm is proposed to simplify the data and improve the efficiency of the algorithm in order to ensure the good real-time performance of the system. At the same time, the key features of the data matrix are extracted and compared with the eigenvalues of the healthy samples. The experimental results show that the proposed algorithm is feasible for 3D braided composite material damage location.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB33

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本文編號(hào)：1458125