基于分布式光纤的蜂窝夹层结构脱粘损伤监测

航空航天蜂窝夹层结构服役环境恶劣,需要发展相应的结构健康监测技术以保证结构的安全运行。脱粘损伤因发生在内部胶层而难以监测,该文采用埋入胶层的分布式光纤传感器对蜂窝夹层结构脱粘损伤进行监测。在预埋损伤监测试验中采用高强光纤和边界浅槽的方式提高传感器存活效率,得到脱粘损伤应变特征。采用参数化建模方式对不同损伤位置进行大量有限元模拟,加入白噪声后得到含有脱粘损伤特征的13500组数据。将模拟数据代入卷积神经网络进行训练,训练后的网络对试验损伤数据的识别准确率达到98.84%。该方法能够识别20 mm^(2)脱粘损伤,同时定位平均误差小于4 mm。

基于超声导波和机器学习的蜂窝夹层结构脱黏诊断

针对蜂窝夹层结构的脱黏损伤诊断,首先通过集成压电陶瓷传感器构建传感器网络,采用超声导波加权分布诊断成像方法对损伤进行平面内定位诊断;然后利用超声导波在结构厚度截面内对不同脱黏层的敏感度差异提取损伤特征;最后通过蜂窝夹层结构有限元模型进行大量的导波传播仿真,形成训练数据库,进而训练形成稳定的支持向量机(SVM)脱黏层分类机器学习模型,进行截面内脱黏层诊断。验证试验结果表明,该方法能够有效诊断出蜂窝夹层结构的脱黏损伤,平面内定位误差小于2 cm,截面内脱黏层诊断准确度为100%。

基于逆有限元的蜂窝板结构形状传感研究

蜂窝铝芯夹层复合材料因其优异的力学性能以及良好的隔热、减震性能而广泛应用于航空航天领域。但是,复杂的结构形式给后续的结构健康监测以及剩余寿命评估带来了困难。大量文献证明逆有限元方法在形状传感以及应力应变场重构方面具有独特的优势。在实际应用中,应变传感器的布设数量受到成本等各种因素限制,因此传感器的数量和位置的合理选择是准确重构结构变形的关键因素。基于精细化的蜂窝板模型以及等效的夹层板模型,利用不同的应变传感器布设方案,研究了最佳的蜂窝板状态重构策略。通过算例分析可知,基于均质的夹层板模型,利用少量的应变数据(方案C)也可以准确地重构出蜂窝板的变形,而精细化的蜂窝板模型则需要大量的应变输入。

四缸柴油机冷却水套流动与传热仿真研究

冷却液的流动与传热性能对发动机工作产生重要影响。本研究以四缸柴油机冷却水套为研究对象,建立了简化几何模型。在对物理模型、边界条件分析的基础上,利用商用软件FLUENT进行流动与传热数值仿真研究,得到冷却水套传热特性参数和流场分布,并据此提出了针对此型发动机冷却水套结构设计的改进建议。

莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的力学性能试验

为了探究莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的拉伸和层间剪切性能,开展了相关试验。首先,进行了复合材料在室温下的面内拉伸试验,获得了复合材料的室温面内拉伸模量;然后,采用引伸计方法和数字图像相关法分别对拉伸变形进行测量,并对2种方法进行了对比分析;最后,开展了不同温度下的层间剪切试验,研究了复合材料在不同温度下的层间剪切性能,并对其微观结构进行了分析。结果表明:复合材料的拉伸模量约为285.17 MPa;由引伸计方法测得的拉伸变形计算出的拉伸模量比数字图像相关法获得的拉伸模量高2.4%;在室温和高温下,试样呈现明显的层间剪切破坏;对复合材料的微观分析发现,SiO_2气凝胶基体主要分布在层间区域,增强纤维主要分布在铺层内。所得结论表明莫来石纤维增强SiO_2气凝胶复合材料拉伸和层间性能较差,当承受层间载荷时,SiO_2气凝胶基体起主要作用,且温度对复合材料的性能影响较大。

高温与脱粘对复合材料蜂窝板模态特性影响的试验

复合材料蜂窝板是目前航空航天领域中一类非常重要的结构,但此类结构在热环境下的模态特性研究鲜有公开报道。本文针对由碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板和Nomex蜂窝芯层复合而成的夹层板进行了不同温度下的模态试验,在加热过程中结构面板与芯层脱离,向外凸出。损伤发生前,结构固有频率随温度升高而下降,在识别出的前7阶模态中,弯曲振型的下降幅度较大,而扭转振型的降幅较小。对损伤后的结构再次进行常温模态试验,其模态特征发生显著变化,除了固有频率的变化外,模态阻尼比明显提高,而且其中两阶模态振型的顺序发生对调。此外,本文还对该损伤形式的成因进行了分析,所得结论对用于热环境的复合材料蜂窝结构设计具有一定的指导意义。

基于数字图像相关方法的气凝胶复合材料各向异性热变形测量

在热防护材料及结构高温力学性能研究中,测量其在热载荷与机械载荷作用下产生的变形是重要且基础的工作。基于数字图像相关方法,建立了可实现800℃变形测量的非接触式测量系统。针对陶瓷纤维增强SiO_2气凝胶复合材料,从面外和面内两个材料方向,以25℃为参考温度,试验测量了材料加热至300~800℃范围内不同温度时产生的热变形。研究结果表明,在此试验系统基础上的变形测量方法可用来测量此类热防护材料的高温变形。陶瓷纤维增强SiO2气凝胶复合材料的高温热变形具有明显的各向异性,面外方向上表现为"收缩",面内方向上表现为"膨胀"。SiO_2气凝胶基体中的颗粒团聚以及增强纤维在面内方向上的铺层分布是导致热变形各向异性的主要原因。