【摘要】：夾芯復(fù)合材料由于具有優(yōu)異的力學(xué)和隱身性能,被越來越多地應(yīng)用于艦船的建造中。復(fù)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(fù)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(yīng)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(jìn)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(jìn)行分析和修正,利用修正后的數(shù)值方法計(jì)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(dāng)拉壓載荷方向與光纖光柵傳感器方向垂直時(shí),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(yīng)力集中系數(shù)超過3,引起載荷方向纖維發(fā)生失效。當(dāng)拉壓載荷方向與光纖光柵傳感器方向平行時(shí),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(qiáng)度依賴于面板的強(qiáng)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(dǎo)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(dāng)載荷方向與光纖光柵傳感器方向垂直時(shí),光纖對夾芯板厚度方向的擾動是引起面板中載荷方向應(yīng)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(yīng)力集中系數(shù),提高夾芯板的強(qiáng)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(dāng)光纖光柵傳感器一半埋入面板、一半埋入夾芯時(shí),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(fù)合材料節(jié)點(diǎn)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(shí)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(shí)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(kuò)展,對夾芯結(jié)構(gòu)的損傷失效影響不大。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U668.5
【圖文】：

結(jié)構(gòu)的監(jiān)測；復(fù)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(fù)合材料主材也為埋入的傳感器提保護(hù)[9]。光纖光柵傳感器是對復(fù)合材料船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測的理，光纖光柵傳感器已經(jīng)逐漸應(yīng)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(fù)中，可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和評估結(jié)構(gòu)內(nèi)部的健康狀態(tài)，及時(shí)了解情況，對可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行提前預(yù)警，以提高船舶結(jié)構(gòu)的安度設(shè)計(jì)等。

的物理保護(hù)[9]。光纖光柵傳感器是對復(fù)合材料船舶結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)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(fù)合材料船舶結(jié)構(gòu)中，可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和評估結(jié)構(gòu)內(nèi)部的健康狀態(tài)，及時(shí)了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷情況，對可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行提前預(yù)警，以提高船舶結(jié)構(gòu)的安全性能，避免過度設(shè)計(jì)等。圖 1-1 泡沫夾芯復(fù)合材料示意圖

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本文編號：2723620