【摘要】：夾芯復合材料由于具有優(yōu)異的力學和隱身性能,被越來越多地應用于艦船的建造中。復合材料的分層制造工藝和內(nèi)部損傷監(jiān)測需求使埋入光纖光柵傳感器成為最理想可靠的復合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方式之一。但埋入光纖光柵傳感器可能會造成結(jié)構(gòu)的不連續(xù),產(chǎn)生應力集中。因此,本文對內(nèi)埋光纖光柵傳感器夾芯結(jié)構(gòu)的損傷失效問題展開研究,為光纖光柵傳感器埋入夾芯結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測提供參考。首先,對樹脂富集區(qū)形狀的數(shù)值模擬方法進行分析和修正,利用修正后的數(shù)值方法計算得到樹脂富集區(qū)長度。接著建立內(nèi)埋光纖光柵傳感器夾芯板的有限元模型,分別研究了拉伸、壓縮和彎曲載荷作用下內(nèi)埋光纖光柵傳感器夾芯板的損傷失效問題。結(jié)果表明,當拉壓載荷方向與光纖光柵傳感器方向垂直時,樹脂富集區(qū)與面板間界面最先發(fā)生失效,樹脂富集區(qū)的存在造成結(jié)構(gòu)在載荷方向不連續(xù),面板中載荷方向的應力集中系數(shù)超過3,引起載荷方向纖維發(fā)生失效。當拉壓載荷方向與光纖光柵傳感器方向平行時,埋入光纖光柵傳感器對夾芯板的損傷失效基本無影響,夾芯板的強度依賴于面板的強度。彎曲載荷下,埋入光纖光柵傳感器對夾芯梁的損傷失效基本無影響,泡沫失效引起夾芯梁剛度降低超過80%,導致夾芯梁失效。然后,分析了樹脂富集區(qū)長度、光纖光柵傳感器直徑和埋入方式對夾芯板損傷失效的影響。結(jié)果顯示,當載荷方向與光纖光柵傳感器方向垂直時,光纖對夾芯板厚度方向的擾動是引起面板中載荷方向應力集中的重要因素。增大樹脂富集區(qū)長度或者減小傳感器直徑能夠減小單位樹脂富集區(qū)長度范圍內(nèi)光纖對夾芯板厚度方向的擾動,減小面板中載荷方向的應力集中系數(shù),提高夾芯板的強度。改變光纖光柵傳感器埋入方式能夠有效減小埋入傳感器的影響,當光纖光柵傳感器一半埋入面板、一半埋入夾芯時,對夾芯板性能影響最小。最后,研究了埋入光纖光柵傳感器對L型夾芯復合材料節(jié)點損傷失效的影響。結(jié)果表明,埋入光纖后,樹脂富集區(qū)與面板間界面在載荷較小時發(fā)生脫粘,引起光纖光柵傳感器測量數(shù)據(jù)在較低載荷時出現(xiàn)“階躍”或者消失現(xiàn)象。靜態(tài)載荷作用下脫粘沒有大范圍擴展,對夾芯結(jié)構(gòu)的損傷失效影響不大。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U668.5
【圖文】：

結(jié)構(gòu)的監(jiān)測；復合材料的分層制造工藝為傳感器埋入結(jié)構(gòu)中監(jiān)傷與失效提供了可能，而且復合材料主材也為埋入的傳感器提保護[9]。光纖光柵傳感器是對復合材料船舶結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測的理，光纖光柵傳感器已經(jīng)逐漸應用于軍用艦艇、海洋平臺、航空梁和高速列車等結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中。將光纖光柵傳感器埋入復中，可以實時在線監(jiān)測和評估結(jié)構(gòu)內(nèi)部的健康狀態(tài)，及時了解情況，對可能發(fā)生的危險進行提前預警，以提高船舶結(jié)構(gòu)的安度設計等。

的物理保護[9]。光纖光柵傳感器是對復合材料船舶結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測的理想部件之一。目前，光纖光柵傳感器已經(jīng)逐漸應用于軍用艦艇、海洋平臺、航空航天器、大型橋梁和高速列車等結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中。將光纖光柵傳感器埋入復合材料船舶結(jié)構(gòu)中，可以實時在線監(jiān)測和評估結(jié)構(gòu)內(nèi)部的健康狀態(tài)，及時了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷情況，對可能發(fā)生的危險進行提前預警，以提高船舶結(jié)構(gòu)的安全性能，避免過度設計等。圖 1-1 泡沫夾芯復合材料示意圖

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本文編號：2723620