發(fā)布時(shí)間：2020-06-15 21:21

【摘要】：復(fù)合材料以其一系列的優(yōu)點(diǎn)在航空航天領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用,但復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在制造和使用過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生損傷,威脅結(jié)構(gòu)的使用安全,因此近年來復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的相關(guān)技術(shù)得到廣泛關(guān)注。隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展,碳納米管因其良好的自感應(yīng)能力逐漸被應(yīng)用在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域�；诖�,本文提出將碳納米管薄膜作為智能感知層,布置在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層間或表面,結(jié)合電阻抗成像技術(shù),根據(jù)碳納米管薄膜邊界電壓值的變化,重建損傷引起的電導(dǎo)率變化分布圖像,以確定結(jié)構(gòu)損傷情況。本文的主要研究工作有:首先,對(duì)碳納米管薄膜與復(fù)合材料集成后的力學(xué)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,探討了碳納米管薄膜對(duì)復(fù)合材料層間斷裂韌性的影響。其次,在深入理解電阻抗成像系統(tǒng)相關(guān)電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上,建立了電阻抗成像正問題的數(shù)學(xué)模型,并通過有限元法對(duì)正問題進(jìn)行求解。然后,對(duì)電阻抗成像重建算法進(jìn)行了研究,介紹了傳統(tǒng)的Tikhonov正則化,并選用L曲線法和GCV準(zhǔn)則確定恰當(dāng)?shù)恼齽t化參數(shù);提出了一種基于貝葉斯正則化的電阻抗成像算法,能夠自適應(yīng)地確定正則化參數(shù),實(shí)現(xiàn)損傷的穩(wěn)定成像識(shí)別;采用了基于L1范數(shù)正則化的最小二乘法重建損傷引起的電導(dǎo)率變化分布圖像,結(jié)合內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行反演,更好地確定損傷邊界范圍。接下來,結(jié)合通用有限元軟件ANSYS對(duì)基于碳納米管薄膜的復(fù)合材料損傷識(shí)別進(jìn)行數(shù)值仿真分析,根據(jù)所得數(shù)據(jù),利用以上三種正則化方法分別進(jìn)行損傷重建,比較各算法的重建圖像質(zhì)量,驗(yàn)證了該實(shí)驗(yàn)方案的可行性。最后,開發(fā)了一套電學(xué)成像實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究,分別考慮玻璃纖維層合板的孔洞損傷和復(fù)合材料無人機(jī)機(jī)翼的低速?zèng)_擊損傷兩種形式,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所提出方法的可行性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33
【圖文】：

料因其質(zhì)量輕，隔熱、隔音、減震效果好，比強(qiáng)度高、抗腐蝕、耐高（飛行器中獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著材料工藝的成熟及產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提航空航天領(lǐng)域的使用比例大幅度提升，有些已經(jīng)代替金屬成為某些核心使得航空航天技術(shù)的發(fā)展得到了質(zhì)的飛躍。據(jù)資料顯示，波音 B787“夢(mèng)量達(dá)到了 50%，如圖 1.1 所示；最新的空客 A350XWB 飛機(jī)復(fù)合材料的]。我國(guó)正在研制生產(chǎn)的 C919 客機(jī)，也使用了一定量的復(fù)合材料，用來減高飛機(jī)的綜合性能。但復(fù)合材料帶來的安全性問題需要引起足夠的重視技術(shù)領(lǐng)域，各種地面火炮、新型導(dǎo)彈等對(duì)空武器威力不斷增強(qiáng)，現(xiàn)代軍臨著更大的威脅，飛機(jī)結(jié)構(gòu)不可避免的會(huì)受到地面火炮或?qū)椝槠母叱筛咚贈(zèng)_擊損傷，威脅到飛機(jī)的安全[2]。另一方面，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在制避免地會(huì)受到損傷，尤其是外物低速?zèng)_擊，如冰雹和砂石撞擊、工具跌傷，出現(xiàn)界面脫膠、分層、裂縫等損傷情況，嚴(yán)重削弱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)傷在結(jié)構(gòu)外表面很難被察覺到，如果這些損傷不能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)而任其性的后果。因此，隨著先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的普遍使用，對(duì)復(fù)行持續(xù)的監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確的評(píng)估已經(jīng)越來越迫切。

(b)碳納米管改性集合物 (c)碳納米管線 (d)碳納米管薄膜圖 1.3 碳納米管示意圖及其用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的主要形式內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析納米管在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中應(yīng)用日本科學(xué)家 S. Iijima 教授在 1991 年利用真空電弧蒸發(fā)石墨電極發(fā)現(xiàn)多壁碳納年進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管以來，碳納米管以其獨(dú)特的光、電、熱、力學(xué)及化圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)之一[10,11]。由于碳納米管的碳原子是以化學(xué)鍵 C-C 鍵相結(jié)合鍵使其具有很高的軸向強(qiáng)度、韌性和彈性模量，即具備了良好的力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，碳納米管具有很高的彈性模量（甚至可超過 1TPa）；碳納強(qiáng)度的 100 倍；碳納米管具有很好的變形性能，彈性應(yīng)變最高可達(dá) 12%；此性能、導(dǎo)電性能均比較優(yōu)異[8,12]。通常，碳納米管主要可以通過化學(xué)氣相沉和激光蒸發(fā)法獲得，其中相對(duì)而言，化學(xué)氣相沉積法制備的碳納米管缺陷較產(chǎn)過程易于控制，有著較好的工業(yè)應(yīng)用前景。因而，碳納米管材料和傳感器輕、易集成、數(shù)據(jù)采集成本低、可增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能等一系列優(yōu)點(diǎn)，近

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2715016