《纖維增強複合材料損傷多尺度建模及稀疏診斷研究》是依託西安交通大學，由翟智擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：纖維增強複合材料損傷多尺度建模及稀疏診斷研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：翟智
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
纖維增強複合材料作為關鍵部件廣泛套用於眾多重大機械裝備，對結構性能與服役要求的不斷提高，造成複合材料失效模式複雜且具有突發災變性，其多尺度物理機制耦合的失效本質導致纖維增強複合材料損傷建模與故障診斷異常困難。本項目聯合失效理論分析與故障診斷技術，首先通過建立描述複合材料複雜細觀結構的三維高精度單胞細觀力學模型形成多尺度計算框架，融合模擬損傷性能退化過程的逐步損傷演化模型構成複合材料損傷多尺度模型，實現多模式損傷共存與複雜受力下細觀損傷萌生、擴展到層合板失效全過程的精確分析；在損傷多尺度分析獲得的結構損傷回響信號與損傷信息映射規律基礎上，研究同時匹配損傷位置與程度特徵的指標參數字典構造，建立以稀疏損傷特徵表示的損傷識別方法，實現關鍵複合材料結構健康監測的高效故障診斷。本項目為複合材料失效研究提供了多尺度建模理論支撐，對實現複合材料結構長壽命安全運行具有重要的理論價值和工程意義。
結題摘要
纖維增強複合材料作為關鍵部件廣泛套用於重大機械裝備中，對結構性能與服役要求的不斷提高，造成複合材料失效模式複雜且具有突發性，其多尺度物理機制耦合的失效本質導致複合材料損傷建模與故障診斷異常困難。本項目聯合失效理論分析與故障診斷技術，首先建立了複合材料三維高精度單胞細觀力學模型——基於等參變化的FVDAM模型，實現了複合材料結構巨觀性能與細觀性能的快速、準確計算，完成了細觀結構因素與載入條件變化對複合材料變形與回響的預測；然後分析了聚合物基複合材料蠕變和應力鬆弛情況下線彈性性能以及應變場演化，獲得鬆弛模量和應力分布，總結了細觀力學因素對其影響規律，對後續複合材料在蠕變與應力鬆弛情況下的損傷分析提供理論基礎和依據；在此基礎上，通過將單胞細觀尺度性能向層板巨觀尺度的映射與聯合，完成了複合材料結構逐步損傷演化與失效分析的初步研究，實現了層板結構損傷擴展分析，發現了分層發生時的材料巨觀性能變化特點；提出了零階多物理場FVDAM模型，研究了嵌入壓電相的熱-電-彈耦合的單向複合材料性能，為研究複雜細觀結構複合材料的性能與應力演化提供途徑；在Lamb波損傷信號特徵分析的基礎上，提出了考慮波速補償的Lamb波複合材料稀疏損傷識別方法，成功套用於複合材料平板結構損傷特徵提取，顯著提高了定位精度；提出了基於模型驅動的Lamb波二維多重信號分類損傷識別算法，提高了複合材料結構多損傷的故障診斷效率與精度，並搭建了飛機尾翼結構健康監測實驗平台對所提出方法進行驗證，證明了項目提出方法的可性能，實現了複合材料工程結構的快速定位與精確定量診斷，本項目提供了複合材料結構損傷機理分析方法與稀疏診斷技術，極大推動了相關核心技術在飛機機身、風力發電機葉片等領域中損傷診斷方法的工程轉化。本項目執行期間發表SCI論文7篇，申請專利1項，培養研究生2名。
