【摘要】：復合材料以其一系列的優(yōu)點在航空航天領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用,但復合材料結(jié)構(gòu)在制造和使用過程中不可避免地會產(chǎn)生損傷,威脅結(jié)構(gòu)的使用安全,因此近年來復合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的相關(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)用在復合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(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,對碳納米管薄膜與復合材料集成后的力學性能進行了實驗研究,探討了碳納米管薄膜對復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)電磁場理論的基礎(chǔ)上,建立了電阻抗成像正問題的數(shù)學模型,并通過有限元法對正問題進行求解。然后,對電阻抗成像重建算法進行了研究,介紹了傳統(tǒng)的Tikhonov正則化,并選用L曲線法和GCV準則確定恰當?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),實現(xiàn)損傷的穩(wěn)定成像識別;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率變化分布圖像,結(jié)合內(nèi)點法進行反演,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對基于碳納米管薄膜的復合材料損傷識別進行數(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行損傷重建,比較各算法的重建圖像質(zhì)量,驗證了該實驗方案的可行性。最后,開發(fā)了一套電學成像實驗測試系統(tǒng)并進行了相關(guān)實驗研究,分別考慮玻璃纖維層合板的孔洞損傷和復合材料無人機機翼的低速沖擊損傷兩種形式,實驗結(jié)果驗證了本文所提出方法的可行性和有效性。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33
【圖文】：

料因其質(zhì)量輕，隔熱、隔音、減震效果好，比強度高、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“夢量達到了 50%，如圖 1.1 所示；最新的空客 A350XWB 飛機復合材料的]。我國正在研制生產(chǎn)的 C919 客機，也使用了一定量的復合材料，用來減高飛機的綜合性能。但復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、新型導彈等對空武器威力不斷增強，現(xiàn)代軍臨著更大的威脅，飛機結(jié)構(gòu)不可避免的會受到地面火炮或?qū)椝槠母叱筛咚贈_擊損傷，威脅到飛機的安全[2]。另一方面，復合材料結(jié)構(gòu)在制避免地會受到損傷，尤其是外物低速沖擊，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，嚴重削弱結(jié)構(gòu)的強度和穩(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發(fā)現(xiàn)而任其性的后果。因此，隨著先進復合材料在航空航天領(lǐng)域的普遍使用，對復行持續(xù)的監(jiān)測和準確的評估已經(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合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的主要形式內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析納米管在復合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中應(yīng)用日本科學家 S. Iijima 教授在 1991 年利用真空電弧蒸發(fā)石墨電極發(fā)現(xiàn)多壁碳納年進一步發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管以來，碳納米管以其獨特的光、電、熱、力學及化圍內(nèi)的研究熱點之一[10,11]。由于碳納米管的碳原子是以化學鍵 C-C 鍵相結(jié)合鍵使其具有很高的軸向強度、韌性和彈性模量，即具備了良好的力學性能。實驗結(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 12%；此性能、導電性能均比較優(yōu)異[8,12]。通常，碳納米管主要可以通過化學氣相沉和激光蒸發(fā)法獲得，其中相對而言，化學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、可增強復合材料力學性能等一系列優(yōu)點，近

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄧火英;王立敏;馮奕鈺;陳名海;蔣文革;;碳納米管膜層間增韌對碳纖維復合材料力學性能的影響[J];宇航材料工藝;2015年05期

2 黃玉彤;丁健;李華;吳應(yīng)湘;;采用電阻層析成像技術(shù)的油水兩相流流型特征研究[J];水動力學研究與進展A輯;2015年01期

3 盧少微;馮春林;聶鵬;王曉強;熊需海;呂偉;;噴射吸濾成型法制備碳納米紙及其應(yīng)變/溫度傳感特性[J];航空學報;2015年09期

4 孫俠生;肖迎春;;飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的機遇與挑戰(zhàn)[J];航空學報;2014年12期

5 馬保全;周正干;;航空航天復合材料結(jié)構(gòu)非接觸無損檢測技術(shù)的進展及發(fā)展趨勢[J];航空學報;2014年07期

6 汪星明;郭耀紅;朱慶友;柳澤;;復合材料無損檢測研究進展[J];玻璃鋼/復合材料;2012年S1期

7 卿新林;王奕首;趙琳;;結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)及其在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用[J];實驗力學;2012年05期

8 吳良義;;先進復合材料的應(yīng)用擴展:航空、航天和民用航空先進復合材料應(yīng)用技術(shù)和市場預測[J];化工新型材料;2012年01期

9 張玲玲;王化祥;范文茹;;基于1范數(shù)的電阻層析成像圖像重建算法[J];天津大學學報;2011年09期

10 華磊,董峰,喬旭彤;電阻層析成像技術(shù)測量兩相流氣相流量[J];化工自動化及儀表;2004年02期

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1 蘇晨輝;電學層析成像技術(shù)在混凝土探傷中的應(yīng)用研究[D];濟南大學;2016年

本文編號：2715016