纖維增強複合材料損傷識別與損傷演化研究

《纖維增強複合材料損傷識別與損傷演化研究》是依託北京大學，由蘇先樾擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：纖維增強複合材料損傷識別與損傷演化研究
• 依託單位：北京大學
• 項目負責人：蘇先樾
• 項目類別：重點項目

項目摘要

本項目以纖維增強複合材料板、殼（包括加筋板、殼）結構為研究對象，研究纖維複合材料損傷識別和損傷演化中的關鍵力學問題。其中包括：研究結構中Lamb波傳播理論與數值分析方法，揭示複雜形狀、複雜約束條件下的複合材料結構Lamb波傳播規律及其與典型損傷的相互作用關係，發展基於Lamb波的損傷識別技術；基於損傷識別，研究複合材料強度理論和損傷演化預測的理論與數值工具，分析複合材料結構內部典型損傷的發展演化規律及相互耦合作用規律，預測結構剩餘承載能力。本項目的研究將在推動固體力學波動理論和複合材料結構強度理論的發展，提高複合材料結構安全評估水平等方面具有重要意義，並將為可靠、快速、智慧型化的大型複合材料結構健康監測系統的建立提供依據。

結題摘要

本項目以纖維增強複合材料板、殼（包括加筋板、殼）結構為研究對象，研究纖維複合材料損傷識別和損傷演化中的關鍵力學問題。其中包括：研究結構中 Lamb 波傳播規律及與損傷的相互作用;發展基於 Lamb 波、振動的損傷識別技術;研究含損傷複合材料結構的破壞準則和損傷演化計算模型;分析複合材料結構內部典型損傷的發展演化規律及相互耦合作用規律，預測結構剩餘承載能力。本項目完成上述研究計畫，達到了預期目標。主要成果是：發展了層合板中Lamb波傳播理論和數值方法；針對複合材料層合板中層裂、孔洞，以及加筋板中脫粘等損傷，研究了Lamb波與損傷的相互作用關係，提出了基於 Lamb 波的損傷識別方法;針對複合材料複雜結構及多損傷情況，提出了基於振動模態的無基準、定量損傷識別方法，實現了複合材料大開口板和輕質點陣結構的損傷檢測；自主搭建了微波非接觸無損檢測平台，發展了微波無損檢測技術，對蜂窩夾芯板、玻纖板、複合材料加筋板等結構的表面和內部多種典型缺陷做了檢測和評估，獲得了高/超分辨的檢測圖像；針對已有的複合材料強度準則（包括著名的Puck準則）都存在不同形式的弱點，發展了改進的複合材料層合板Puck強度準則，預測任意鋪層的複合材料層合板的強度和疲勞性能；提出了一種新的複合材料纖維間失效強度理論，並將其拓展為率相關強度理論，該強度理論預測結果能較好地符合複合材料在不同應變率下的實驗結果；發展了一種全新的可處理複合材料任意裂紋擴展的增強有限元方法；以大開口複合材料層合板的損傷破壞為例，研究了複合材料損傷產生和演化過程的分析方法，探索了鋪層方式對損傷產生及其演化過程的影響，分析了複合材料結構內部損傷的發展演化及相互耦合作用的規律。本項目的研究在推動固體力學波動理論和複合材料結構強度理論的發展，提高複合材料結構安全評估水平等方面具有重要意義，並將為可靠、快速、智慧型化的大型複合材料結構健康監測系統的建立提供依據。