基于电学成像与深度学习的蜂窝结构冲击损伤识别研究

针对蜂窝夹层结构遭受外物冲击的情况,提出结合电学成像和深度学习的方法,对冲击损伤进行在线监测和识别,为结构完整性评估和决策提供准确信息。首先通过丝网印刷技术,使用碳油墨和银浆油墨在结构表面分别制备感应层和导电线路;然后对不同数量、位置和尺寸的冲击损伤进行数值仿真,获取对应的感应层电导率变化与边界电压变化数据样本,由残差神经网络进行深度学习,建立二者的映射关系;最后在结构遭受冲击前后分别测量感应层的边界电压数据,通过训练好的残差神经网络重建感应层电导率变化分布的图像,实现损伤信息的识别。通过对蜂窝夹层结构进行低速冲击试验,验证了所提出技术和方法的可行性和有效性。

车用CFRP层压圆柱壳冲击损伤分析及最小穿透能量预测

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)在汽车曲面零部件上的应用前景,该文以碳纤维增强复合材料(CFRP)层压圆柱壳作为对象,研究其在落锤冲击工况下的损伤与吸能特性。基于复合材料均质化方法,建立CFRP层压圆柱壳落锤冲击的多尺度模型,探究曲率半径对冲击损伤和能量吸收的影响;并采用非线性拟合方法建立了最小穿透能量与层压圆柱壳材料参数、结构参数及落锤参数之间的函数关系,实现概念设计阶段最小穿透能量的快速预测,对比仿真结果拟合公式的误差在20%以内。结果表明:相较于平板,层压圆柱壳的峰值载荷宽度更大、更平稳。在60 J冲击作用下,层压圆柱壳各铺层损伤面积相对均匀,其中纤维损伤与曲率半径无关,基体损伤面积随曲率半径增大而增大;当曲率半径为100 mm时,层压壳承载及抵抗变形能力较好,具有较好的抗冲击性;当曲率半径为200 mm时,层压壳耗散能量最多,吸能效果较好。

基于K均值算法-TOF聚类分析的复合材料板冲击损伤层析研究

碳纤维增强型复合材料(CFRP)中的冲击损伤是威胁压力容器结构安全的重要隐患,有必要对CFRP中的冲击损伤进行层析研究,促成CFRP复合材料损伤定量化分析。提出基于K均值算法对超声C扫的飞行时间(TOF)图像进行聚类分析,并结合TOF值确定不同簇所在层,对CFRP冲击损伤进行逐层定量化分析。同时,分析了冲击损伤的TOF图像,验证了基于K均值算法-TOF聚类分析的冲击损伤层析方法,并进一步通过水浸超声C扫试验获得多组试验数据,指出K均值聚类中簇的总数K为铺层总数的1.25倍即可满足损伤逐层分析,实现了不同铺层总数CFRP层合板冲击损伤的层析研究。TOF聚类分析方法可以直接对CFRP层合板各铺层的冲击损伤进行定量化,具有一定的工程意义。

基于非接触光声成像的碳纤维增强复合材料冲击损伤检测方法

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)的损伤机制并对其制造过程进行质量监控,对CFRP的冲击损伤区域进行了高分辨无损检测。构建了全光式非接触光声显微(AONC-PAM)成像系统,利用自主开发的光学吸收结合背向散射的双对比度成像模式,对CFRP在不同冲击能量下的损伤区域进行高分辨率无损检测。实验结果显示,AONC-PAM系统的空间分辨率为2.9±0.5μm;双对比度成像策略能以2 s/帧的速率同时获得基于光学吸收和表面散射特性的图像及两者叠加的双对比度图像;AONC-PAM系统显示了比通用明场显微镜系统更多的成像细节,包括碳纤维分布和其他微观缺陷如纤维断裂、错位、缺束和褶皱,可检测的微观缺陷尺寸达10~20μm,并实现了损伤区域的精准量化。

复合材料层板冲击损伤特性及冲击后压缩强度研究

对两种材料体系(T300/QY8911和T300/5405)/铺层的复合材料层板进行三种支持条件(冲击点无支持、梁凸缘或长桁凸缘支持和肋凸缘支持)、六种冲击能量等级的冲击损伤特性及冲击后压缩强度试验研究。讨论了冲击能量、支持条件等与冲击损伤特性和剩余压缩强度的关系,研究结果表明,冲击表面凹坑深度和冲击损伤面积可用于表征复合材料冲击损伤,而基体裂纹长度不可以用于表征冲击损伤。且随着冲击点背面支持刚度的增加,冲击所造成的损伤随之减小。随着冲击能量的增加,冲击后压缩强度随之减小。在相同的冲击能量作用下,随着冲击点背面支持刚度的增加,冲击后压缩强度也随之增加。

循环加卸载下不同冲击损伤砂岩的力学特性研究

针对地下岩体工程在开挖掘进后因循环扰动导致围岩劣化和失稳问题,以冲击损伤砂岩为研究对象,开展三轴循环加卸载试验,研究循环加卸载条件下冲击损伤岩石的性能劣化和破坏规律。研究结果表明,冲击损伤越大的砂岩试样,在临近峰值强度时,其轴向应变会出现急速增长的现象;砂岩的塑性应变随循环次数的增加不断累积,在裂纹不稳定发展阶段,塑性应变大幅度增长;在弹性模量方面,研究发现同一循环等级下,砂岩试样的冲击损伤越大,其对应的割线弹性模量越小,抵抗变形的能力越弱;关于泊松比的研究发现,三种不同冲击损伤砂岩试样在试验过程中都表现出相似的变化趋势,先加速上升,然后缓慢增加,最后急剧增长。但损伤度越大的砂岩试样在试验后期表现出更明显的扩容现象,泊松比增加也更为显著。

复合材料层合板低速冲击损伤影响因素分析

运用ABAQUS软件对复合材料层合板低速冲击下的损伤状态进行模拟,采用单一变量法,以损伤面积为表征参数,针对影响低速冲击下复合材料层合板损伤性能的诸多因素进行分析,以便在材料研制的初期预见其损伤阻抗。分层损伤是层合板低速冲击下的主要损伤形式之一,基于损伤力学、断裂力学和黏性理论,建立零厚度的三维界面单元来精确模拟层间分层。拐点是损伤阻抗的主要表征,基于试验研究和有限元模拟,在冲击力-时间曲线上计算出拐点,通过比较不同材料的拐点值,判定不同层合板的损伤阻抗。低速落锤冲击试验验证了此模型的合理性。

碳纤维层压板冲击损伤的红外热波检测

采用无损检测技术对碳纤维增强复合材料进行检测是保证其构件质量的必要手段。介绍了利用红外热波无损检测技术对碳纤维增强多层复合材料板冲击损伤试件检测的结果,并将热波检测结果与超声C扫描检测结果进行比较,结果表明两种检测方法各具优势。热波检测技术与超声检测技术结合起来对碳纤维增强多层复合材料板冲击损伤无损检测效果更佳。

人体胸腰椎体冲击损伤的生物力学研究

目的:探讨人体脊柱胸腰椎在冲击载荷作用下引起的爆裂骨折的生物力学机制及损伤特点。方法:自2008年9月至2009年10月,采集10具新鲜人体脊柱胸腰椎标本,平均分为两组,建立实验模型,分别进行静力学强度试验和动态冲击生物力学实验,观察在不同载荷作用下,胸腰椎体发生静态和动态冲击响应的相关数据。结果:胸腰椎屈服载荷为(5280.00±354.20)N,屈服位移为(13.32±2.07)mm,极限载荷为(6590.00±249.20)N,极限位移为(20.60±2.57)mm,加载速度为0.02g,胸腰椎的动态力学性质其平均极限载荷为(14425.60±1101.52)N,载荷平均作用时间为(17.29±2.04)ms,平均加速度为(36.80±2.81)g,动态位移为(45.11±1.13)mm。结论:胸腰椎爆裂性骨折是由高能量瞬间释放所导致的严重损伤,生物力学受力作用呈脉冲式变化,胸腰椎体具有生物材料的粘弹性性质。

z-pin增韧复合材料层合板低速冲击损伤过程研究

从z-pin增韧复合材料层合板低速冲击实验出发,考虑了复合材料层合板在受低速冲击时的分层及基体开裂等四种损伤形式,引入适当的损伤判据,对T300/3234碳纤维树脂基复合材料层合板的低速冲击损伤过程进行有限元模拟。结果表明,采用碳纤维钉z-pin增韧使得冲击后层间分层区域面积减小50%左右,有限元结果与实验数据吻合。

下颌骨冲击损伤的实验研究

本文通过6例猕猴和4具人的新鲜尸体的下颌骨的冲击性实验研究,以足够精确和可靠的数据来论证冲击力学模型,配以病理和生理资料判别下颌骨—脑损伤机制,以有助于下颌骨的损伤处理和确定它们的损伤机制,以便进行防护设计和创伤治疗。

炸药冲击损伤的实验研究

采用低速气炮对B炸药和PBXN 5高聚物粘结炸药进行冲击损伤加载。通过控制弹速对试样进行不同程度的损伤,同时记录冲击加载过程中应力变化过程。对冲击损伤形貌进行显微观察,同时对冲击损伤前后试样密度和声衰减进行测量。结果表明,B炸药和PBXN 5炸药均表现出脆性材料的损伤特征,但其材料组成上的不同也导致了二者损伤特征有所差异。

斜胶接CFRP的冲击损伤容限研究

首先,提出了复合材料胶接修补结构与胶接装配结构的冲击损伤容限问题,指出该类结构冲击后拉伸承载能力需要关注。然后,选用基于中心差分法的显式有限元和基于D-B模型的内聚力单元法,以二次名义应力准则为胶层损伤起始准则,并采用混合型幂准则形式的能量释放率准则作为胶层破坏准则。对无损斜胶接CFRP的拉伸基准进行了确定,指出破坏位置、破坏形式和破坏载荷。另外,选取5个典型位置进行损伤容限敏感性的位置研究。在敏感性最高的位置,用不同能量级别的冲击进行胶层损伤分析,并将冲击损伤引入拉伸模型,进行冲击后剩余承载能力规律研究。

JOB-9003炸药“激热”冲击损伤破坏及超声特征

进行了未经热处理的 JOB- 90 0 3塑料粘结炸药 (PBX)标准压缩试样的“激热”冲击损伤破坏试验 ,对试样热冲击试验前后的超声波特性参量进行了检测 ,试验显示出 JOB- 90 0 3炸药存在一个明显的“激热”冲击损伤破坏临界温度差 ,并获得了试样热冲击损伤破坏的超声波参量特征。

基于超声热波技术的复合材料冲击损伤检测研究

采用超声热波技术对复合材料冲击损伤进行了检测研究。采用数值分析模拟了超声激励下复合材料冲击损伤部位的摩擦生热及热传导过程,分析了不同类型损伤的生热情况。在制作试件并进行低速冲击试验的基础上,利用超声热波检测系统对其进行检测,并对检测结果的影响因素进行了分析。结果表明,超声热波技术可快速有效地检测到复合材料冲击损伤;加载接触力为200 N,加载幅值为100%时检测效果最好;冲击损伤类型基体开裂、纤维断裂及分层在红外热图中具有不同的表现形式。

复合材料冲击损伤及冲击后压缩强度的等效实验方法

简要论述了复合材料低速冲击及冲击后压缩的研究情况 ,比较了几种不同的冲击后的压缩实验方法 ,选取一种小尺寸试件方法 ,对复合材料低速冲击后的压缩行为进行研究 ,并将结果与有关文献进行了比较 ,实验结果与文献结果具有一致的变化规律 .研究结果显示 ,对于材料研究 ,该方法可以用来表征复合材料冲击后的压缩特性 .使用该方法可以大大节省实验费用及周期 .

蜂窝夹芯叠层板的低速冲击损伤分析

建立复合材料蜂窝夹芯叠层板（以下简称蜂窝板）低速冲击损伤模型，应用动态有限元分析程序估算蜂窝板低速冲击损伤的发生和扩展．该程序采用２０节点等参元和弹簧元分别模拟面板和蜂窝夹芯．该模型建立在面板的初始损伤准则（蔡胡强度准则）和损伤扩展准则（Ｆ．Ｋ．Ｃｈａｎｇ的冲击分层损伤判据）以及本文提出的蜂窝夹芯的简化损伤准则的基础上．并进行了低速冲击损伤实验以验证模拟计算结果，比较表明预测结果与实验数据吻合较好．

Kevlar织物增强复合材料层合板冲击损伤特性研究

采用空气炮实验装置、渗透剂增强的 X射线照相法和高强光背射法 ,对中心受到横向冲击的 Kevlar/环氧层合板的冲击损伤情况进行了研究 ,借助于有限元程序对层合板的应力状态进行分析、计算 ,讨论了冲击速度、铺层角、弹丸质量变化时材料的破坏机理与特征 。

岩石冲击损伤特性与超声波速的实验研究

利用一级轻气炮对岩石试件进行冲击损伤实验,并对回收的试件进行声波测试,将声波测试结果与微观观测相结合,得到岩石的冲击损伤特性及其损伤程度与声波速度变化率的关系。结果表明,岩石超声波速的变化可以很好地反映岩石的损伤程度,得出的岩石的损伤特性可以为岩石的爆破设计提供依据。

＋Gx着陆冲击损伤特点的实验研究

为了探讨＋Ｇｘ着陆冲击造成损伤的特点，２２只家犬以仰卧姿势承受了１０～６０Ｇｘ，３０～１００ｍｓ的冲击，记录了冲击平台、动物胸部、脊柱的加速度和ＥＣＧ、呼吸、心内压、胸内压、腹内压、身体位移等指标。结果表明，在＋Ｇｘ冲击作用下出现以肺脏、心脏为主的广泛内脏损伤。在冲击时右心房、右心室和胸腹内压都明显增加。胸部响应加速度发生超调，脊柱响应加速度低于输入。胸最大相对压缩量为４４％。当胸部加速度峰值＞６０Ｇ、０．０３ｓ时，出现可恢复性中度损伤。实验结果对制定着陆冲击防护措施的研究是有意义的。