基于导波监测的复合材料加筋结构冲击后剩余强度预测

对应用超声导波在线监测信息评估复合材料加筋结构冲击后剩余强度进行了研究。首先针对所监测的对象设计布置了压电传感网络并构建结构健康监测系统,通过局部信号差分系数计算出不同传感路径上的损伤指标,融合损伤概率成像方法识别损伤位置,测算形状因子以近似表征损伤尺寸。然后构建加筋结构有限元模型,由在线监测结果反馈损伤信息,采用软化夹杂法等效冲击损伤,依据复合材料损伤渐进失效分析理论,预测冲击后加筋结构的剩余极限强度。通过低速冲击、超声导波监测和压缩强度等一系列实验验证了所提出方法的有效性,为结构健康监测最高层次的应用提供基础。

基于FTIR分析的CFRP-铝合金粘接接头剩余强度预测

对CFRP-铝合金粘接接头在湿热环境下的老化行为及机理进行了研究。将接头在80℃/95%相对湿度环境下老化不同周期,然后进行准静态拉伸、剪切测试。分析总结接头剩余强度及失效形式变化规律,并结合胶粘剂红外光谱分析,揭示老化机理。结果表明:湿热老化造成接头强度显著下降,变化规律近似服从指数函数;老化前、后接头断面均以内聚失效为主。随着老化周期的增加,胶粘剂-基材界面出现损伤并不断加剧。由于胶粘剂的增塑,老化后接头失效断面变得相对粗糙;胶粘剂在湿热环境下主要发生水解反应,出现断链现象,同时在老化初期胶粘剂发生后固化。胶粘剂退化是造成接接头强度下降的主要原因。建立了粘接接头剩余强度快速预测方法,采用该方法可以通过测试胶粘剂化学特性,实现老化后接头的剩余强度预测。

拉挤工艺单向玻纤复合材料的疲劳衰减特性

拉挤工艺制备的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)由于其良好的电气、力学性能被广泛运用于特高压输电工程,其中动态载荷作用下的性质研究是其应用的基础。文中通过开展沿纤维方向的静载实验和疲劳实验,建立了基于S-N曲线和分段线性等寿命图的疲劳寿命预测方法;根据不同应力比下刚度退化规律,提出了基于改进三角函数形式的损伤累积模型,准确描述了拉-拉和拉-压疲劳载荷下的材料非线性刚度退化规律;建立了剩余刚度-剩余强度关联模型,实现了疲劳载荷下强度性能衰减的准确预测。结果表明,GFRP在拉-拉和拉-压疲劳下具有显著不同的刚度退化规律,文中所提出的模型可准确预测两种条件下的剩余强度;而压-压疲劳载荷下,刚度退化曲线存在两种显著不同的模式;同时,剩余强度结果表明,前70%疲劳寿命内材料强度可能并不会发生明显退化。文中建立的针对拉挤GFRP在不同疲劳加载下剩余强度与剩余刚度的预测模型,为GFRP耐久性设计提供了指导。

复合材料冲击损伤当量化模拟及剩余压缩强度研究

文中针对复合材料层合板冲击后剩余压缩强度进行预测。综合考虑冲击造成的分层和凹坑损伤,提出一种层合板冲击损伤的当量化方法,并用该方法构建有限元模型,确定损伤各区域的材料折减,进行剩余压缩强度有限元计算。结果表明,基于本方法的有限元模型,计算精度大大提高,可适用于工程上对层合板冲击损伤的剩余强度预测。