《基於光纖光柵感測的CFRP膠接接頭損傷監測與識別研究》是依託武漢理工大學，由宋春生擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於光纖光柵感測的CFRP膠接接頭損傷監測與識別研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：宋春生
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳纖維複合材料（CFRP）具有輕質高強、熱膨脹係數小、耐腐蝕、抗疲勞和材料可設計性強等優點，已成為飛行器設計中不可或缺的關鍵材料，其膠接連線接頭的設計也成為結構設計中必不可少的關鍵環節。然而，由於缺乏CFRP膠接接頭在服役環境下損傷的監測與識別的實證研究，其結構設計和損傷分析主要依賴理論分析和有限元仿真，導致其損傷與失效很難準確判別和預測。為此，本項目提出基於光纖光柵感測的CFRP膠接接頭損傷監測與識別研究，旨在建立CFRP膠接接頭損傷的應變場表征，提出CFRP膠接接頭在非均勻應變下的光纖光柵光譜重構方法，構建CFRP膠接接頭的光纖光柵應變分散式感測網路，建立應變場特徵與損傷之間的映射關係模型，搭建在典型載荷下CFRP膠接接頭的光纖光柵損傷監測系統，提出基於應變場的CFRP膠接接頭損傷識別的原理與方法，為CFRP膠接接頭的最佳化設計及光纖光柵在膠接接頭損傷監測與識別中的套用奠定理論基礎。
結題摘要
碳纖維複合材料（CFRP）膠接連線接頭的設計也成為結構設計中必不可少的關鍵環節。本項目針對各類型CFRP膠接接頭提出基於光纖光柵感測的損傷線上監測與識別問題進行研究，根據CFRP膠接接頭的類型，主要從平面搭接和正交連線兩類對象展開研究。在平面搭接膠接接頭損傷監測與識別研究方向主要成果有：（1）對基於非均勻應變重構方法對CFRP單搭接膠接接頭的內聚損傷演化過程監測進行了研究，提出了一種基於遺傳算法的FBG感測區域非均勻應變重構方法。對不同載荷下的單搭接膠接接頭被粘件的應變分布進行了重構，重構的應變分布曲線與理想應變分布曲線的最大誤差不超過7.43%。（2）分析膠層內聚損傷對CFRP被膠接件應變的變化情況，判斷不同載荷作用下膠接接頭的損傷狀況，構建具備可靠性特點的分散式FBG應變感測網路系統實現了CFRP雙搭接膠接接頭的內聚損傷監測。實現了CFRP雙搭接膠接接頭載荷作用下膠層的內聚漸進損傷過程的監測。在正交連線膠接接頭損傷監測與識別研究方向主要成果有：（1）分析了L形CFRP膠接接頭膠層的內聚損傷演化過程，得到了被膠接件膠接區域的層間應變分布的變化與膠層損傷演化間的映射關係，構建了基於FBG感測的L形CFRP膠接接頭的內聚損傷監測實驗系統，驗證了仿真映射關係模型的準確性，最大誤差不超過8.5%。（2）基於損傷力學確定了碳纖維複合材料π型膠接接頭的損傷判定準則，仿真分析了拉伸載荷作用下碳纖維複合材料π型膠接接頭的損傷過程，得到了損傷演化過程與應力應變分布變化的映射關係。在接頭損傷部位埋置FBG感測器對CFRPπ型膠接接頭進行了拉伸實驗，利用傳輸矩陣法對FBG感測區的反射光譜進行了計算，並運用粒子群算法在理論上對碳纖維複合材料π型膠接接頭FBG感測區的非均勻剝離應力分布進行了重構研究，重構誤差不超過5.46%。本項目利用光纖光柵感測在非均勻應變作用下的光譜特性對CFRP膠接接頭損傷監測展開研究，為CFRP膠接接頭的最佳化設計及光纖光柵感測技術在飛行器CFRP膠接接頭損傷監測中的套用奠定理論基礎。
