光纤F-P传感器在用于复合材料检测的实验研究

光纤法珀(F-P)传感器广泛的应用于温度、应变、振动和压力等物理量的测量,由于其体积小、精度高等独特的优点非常适合于埋入复合材料或贴在表面对其进行测量,从而实现对符合材料的损伤诊断。利用光纤F-P传感器对复合材料结构损伤进行了试验研究;并结合有限元软件(ANSYS)对光纤F-P传感器在复合材料中的埋入方式、注意事项以及分布原则等进行了综合分析,初步给出了埋入的原则。

应用小波分析及主动监测技术的复合材料损伤监测

用小波分析作为信号处理工具将能对被分析信号进行更细致分析 ,获得比傅立叶分析更多的信号特征。本文研究采用主动监测技术 ,利用压电传感器及驱动器对结构进行实时大面积监测 ,同时引入先进信号处理方法 -小波分析对检测信号进行时频局部化处理 。

碳纤维复合材料单向层合板自传感特性

通过测试碳纤维/环氧复合材料(CFRP单向层合板单轴拉伸和循环拉伸时的电阻变化,研究了碳纤维复合材料单向层合板自传感特性.结果表明:不同铺层方向CFRP单向层合板拉伸时体积电阻变化特性各不相同,该电阻变化特性比应力、应变能更多地反映有关材料内部结构变化的信息;CFRP单向层合板具有压阻效应,压阻效应随着应力的增加而增加,偏轴拉伸、横向拉伸时压阻效应比纵向拉伸时要大,且随铺层方向角的增大,压阻效应越来越明显.利用CFRP单向层合板这种自传感特性,可实现在线实时自监测以及对其损伤、破坏的自诊断.

复合材料结构健康主动监测中激励信号的优化

利用L am b波频散方程及其数值求解得到的频散曲线,对L am b波模式及激励信号中心频率范围进行预测。建立了试验测试系统,利用集成在复合材料层合板上的PZT压电陶瓷片作为驱动器和传感器,激励并接收结构中激发的L am b波信号。对具有不同函数形式、中心频率和波峰数的信号激励,结构中传播的L am b波模式进行试验研究,为激励信号的选择与优化提供依据。利用H ilbert-Huang变换及H ilbert谱提取传感器信号特征,提出了L am b波信号在结构中传播时的能量衰减率和损伤敏感度两个考察指标,并据此对激励信号进行优化。实验结果表明,优化后的激励信号在结构中能激发出单一模式的L am b波(S0模式),有效地抑制了多模式现象的出现。同时,激发出的L am b波具有最低的能量衰减和最高的损伤灵敏度,响应信号特征明显,便于损伤识别。

基于模糊RBF神经网络的复合材料结构脱层损伤监测研究

提出一种径向基函数(RBF)神经网络和模糊聚类分析相结合的复合材料结构脱层损伤监测方法。该方法融合神经网络学习能力强和模糊逻辑推理自适应、自组织、容错性好等优点,简化神经网络学习数据获取及模糊推理规则建立的过程。利用有限元方法对含有脱层损伤的复合材料试件进行数值模拟,以前六阶弯曲模态频率构建训练样本,将实验模态分析结果经送入训练好的模糊RBF神经网络进行预测,从而实现对复合材料梁的脱层损伤定位和损伤程度评估。实验结果表明,模糊RBF神经网络鲁棒性好,精度高。

纤维增强复合材料波纹蒙皮基体的承载能力

本文以一种可作为变体机翼蒙皮的复合材料波纹结构为对象,研究了其横向承载能力,为其结构参数优化提供理论基础。提出了一个理论分析模型,计算了试件横向的抗弯刚度及三点弯曲载荷下的挠曲线,并计算了同等材料厚度、宽度的平板结构的抗弯刚度,比较发现,波纹结构在纵向有远大于平板结构的承载能力。模仿蒙皮实际受载情况,计算了均布载荷作用下波纹试件弯曲的挠曲线方程。制作了波纹基体承载试件及平板试件,用三点弯曲法对两种试件进行了弯曲测试,测试结果表明,在弯曲的弹性变形段内,理论计算值与测试值基本吻合,误差小于10%,证明了理论分析模型的正确性。

基于碳纤维增强复合材料的柔性蒙皮性能研究

探索波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮的可行性,推导复合材料的密度、各相所占的分数、复合材料中的孔隙含量以及材料拉伸弹性模量的计算公式,研究结构纵向变形能力和横向承载能力。分析实验数据,并根据复合材料理论分析模型,得出试件理论拉伸曲线和三点弯曲载荷下的理论挠曲线,分别与实验数据进行比较。结果表明:复合材料中的孔隙含量小于1%,证明试件的有效性;弹性模量实验值与理论值误差约为5%;该结构有较好的纵向变形能力和横向承载能力,在弹性变形段内,理论曲线与测试曲线基本吻合,误差小于10%,证明波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮可行。

光纤智能结构中Bragg光栅的DWDM检测

光纤Bragg光栅传感器以其优越的性能是最有希望应用于光纤智能结构中的传感器。基于DWDM原理与技术提出了在光纤智能结构的应用中检测光栅波长位移的DWDM方法 ,进行了实验研究和相关讨论 ,实验表明在较大范围内波长位移与轴向应变呈线性 .为光纤光栅智能结构的实用化推广打下基础 .

复合材料格栅结构的力学性能研究

先进复合材料格栅结构(AGS)是一种新型的高性能结构材料,为对其力学性能进行研究,采用玻璃纤维复合材料制备三角形格栅试件,应用电阻式应变传感器对其力学性能进行测试,测试结果与有限元仿真结果基本吻合。在此基础上,分别对正三角形格栅和六边形蜂窝结构进行有限元分析。结果表明:单面蒙皮时,三角格栅结构的抗弯性能优于六边形蜂窝结构;双面蒙皮时,抗弯性能的优劣取决于蒙皮厚度。

基于时空特性的无线传感器网络节点故障诊断方法

无线传感器网络中故障节点会产生并传输错误数据,这将消耗节点的能量和带宽,同时会形成错误的决策。利用节点感知数据的空间相似性,提出了节点故障诊断的算法,通过对邻节点所感知的传感数据进行比较,从而确定检测节点的状态,并将测试状态向网络中其他相邻节点进行扩散。对于网络中存在的节点瞬时故障,通过时间冗余的检测方法,降低故障诊断的虚警率。该算法对实现故障节点的检测具有较好的性能,实验结果验证了算法的可行性和有效性。

用于应变监测的无线传感器网络节点的设计

针对结构健康监测中应变监测系统的器件连线复杂、维修难度大的特点,设计了用于应变监测的无线传感器网络节点,其中,包括多通道应变传感信号调理电路模块、数字处理模块和无线收发模块的开发。对用于应变监测的无线传感器网络节点进行了标定,并通过无线传感器网络的载荷定位试验验证了用于应变监测的无线传感器网络节点抗干扰性强,实时性好,具有较高的稳定性和可靠性。

可主动变形的波纹式蒙皮基体制备及驱动特性

论述一种适用于变体机翼的具有主动变形能力的波纹式柔性蒙皮基体制备方法,并制作了拉伸测试件,进行拉伸实验。实验结果显示,当伸长量小于4%时,蒙皮基体线性伸长,在此范围内,可利用蒙皮自身的弹性使其恢复到原始形状。测试基于形状记忆合金(SMA)驱动器的波纹式蒙皮的主动变形效果,给SMA驱动器通以电流,利用SMA的形状记忆效应驱动蒙皮基体变形,试验测试不同电流下基体伸长2%所需的时间,及利用自身弹力回复时的残余变形量,蒙皮基体自身产生的变形将大大降低变体机翼蒙皮变形时对驱动力的要求。

Ag型IPMC柔性驱动器的制备及性能

为了降低成本并改善材料性能,采用银替代铂制备IPMC电极。基于渗透还原工艺采用化学沉积方法制备了Pt基、Pt-Ag基和Ag基三种IPMC柔性驱动器试件。对试件的SEM和XRD分析结果表明本文提供的方法可以有效地将电极金属沉积在基膜中,且呈梯度分布;对样件的致动效果以及表面电阻特性测试结果表明Ag基IPMC驱动器具有最好的致动变形能力和最低的表面电阻。在相同尺寸与约束条件下,Ag基IPMC在1.5V时产生90°变形,Pt型与Pt-Ag型IPMC分别在3V和4V驱动电压下产生60°变形。

表面粗化工艺对IPMC的制备及性能的影响

基于二次渗透还原法对IPMC材料的制备进行研究。探索3种不同的基膜表面粗化方法对IPMC材料特性的影响。表面粗化方法包括手工打磨、砂光机打磨以及等离子体表面处理方法。通过样件实测对3种不同粗化条件下获得的IPMC材料的外观特征、微观形貌、驱动变形特性以及表面电阻特性进行了测试和比较。实验结果表明,随着表面粗化均匀程度的提高,基膜表面及内部金属沉积均匀与致密性增高,材料的驱动变形能力降低。在一定的驱动电压范围内,IPMC材料的变形与电压近似成线形增加的关系。在相同的尺寸、约束以及驱动电压(3V)条件下,手工打磨的样件能够产生60°的弯曲变形,砂光机打磨样件为45°,而等离子体处理的样件只有15°。

基于无线传感器网络的远距离结构健康监测

针对复合材料结构健康监测的特点和需求,实现了一套基于无线传感器网络(WSNs)的远距离结构健康监测系统。系统构成包括前端传感监测子系统、WSNs子系统和远终端监控子系统。为了扩大系统的监测范围,降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性、智能性和抗毁性,研究了自制的无线传感节点、多跳路由技术及小型化配接电路,改进了终端程序和网络节点程序。实验证明:相对于传统有线的监测方式,基于WSNs的结构健康监测具有灵活性高、负重轻、成本低、搭建移动方便、维护容易等优点。

基于应力波检测的输油管道泄漏定位监测系统

通过在线监测和分析管道破坏时产生的应力波信号特征,实现对盗油打孔位置的快速、准确的测定。监测系统采用基于远程无线通信网络的主-从机分布式结构形式。主机系统负责系统运行的管理与控制、应力波信号特征提取和定位计算;从机系统负责采集管道应力波信号。打孔应力波信号特征采用基于Hilbert-Huang变换的时频域信号处理方法提取,并结合时差定位算法实现了对打孔位置的精确定位。现场实验测试与实际运行结果表明,本监测系统定位平均误差小于10m,报警准确率达到90%以上,系统响应时间小于10s。

基于SMA的飞行器变体机翼驱动结构研究

首先设计一种基于SMA驱动的可变体机翼后缘分段结构,通过相邻后缘段之间安装的偏转驱动结构,使结构的整体偏转通过后缘段累积效应实现,在此基础上制作该可变体机翼后缘的结构模型。其次,对SMA驱动元件在此机翼结构中的布局进行理论计算与仿真,验证设计驱动系统的可行性,并通过空载与加载不同状态下结构运动实验研究与仿真对比分析,近一步研究设计的SMA驱动可变体机翼后缘结构的承载能力与结构合理性。最终,设计的机翼后缘结构模型能够实现快速、稳定、连续的变形目的。

射流电铸技术的试验研究

电铸作为一种精密制造技术 ,在许多高技术领域得到成功的应用。然而 ,电铸存在的缺陷严重制约了其应用和发展。本文对射流电铸铜的基本工艺特性进行了试验研究 ,通过试验分析了射流电铸电压、电铸液射流流量以及喷嘴口径与阴极电流密度和沉积速度之间的关系 ;并且对射流电铸试验样件的表面质量和铸层微观形貌进行了分析。试验结果表明 ,射流电铸可以有效地降低浓差极化 ,提高阴极电流密度 ,同时可以得到结晶细微。

PLZT压电陶瓷的高温还原行为研究

为研制具有超大位移的RAINBOW压电驱动器,实验研究了制备该器件的PLZT压电陶瓷的高温还原行为。采用XRD,SEM等方法研究了还原样品的物相组成及其微观结构,对PLZT在高温下被石墨还原的过程和机理作了解释。研究表明,PLZT具有较好的还原性能,还原层厚度与时间有线性关系,理想的还原条件为:950℃保温1～1.5h;还原样品有明显的分层结构,还原层表现出穿晶断裂而未还原层则是沿晶断裂的特征;还原层主要由金属Pb及PbO,ZrO2,TiO2等氧化物组成,原先的晶体结构已不存在。

一种新型柔性驱动器的制备和性能研究

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的柔性驱动器。传统的IPMC都是采用昂贵的铂做表面电极。为了降低铂微粒的高度密集引入的大表面电阻,采用渗透还原法,提出基于无电镀银制备表面电极的方法。通过对所制备的银基IPMC的微观形貌、致动效果以及表面电阻等的测试实验表明,金属银在离子交换膜Nafion 117内部呈梯度分布,在1.5V驱动电压下可以产生90°的弯曲变形。银基IPMC表面电阻较小,在一定时间内稳定。