《複合材料健康監測的矽基柔性感測器多尺度動力學研究》是依託西安交通大學，由訾艷陽擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複合材料健康監測的矽基柔性感測器多尺度動力學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：訾艷陽
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目以複合材料線上健康監測為背景，圍繞大變形柔性感測器的設計最佳化及其損傷奇異性的多尺度建模與動力學分析展開研究。針對易拉伸、可摺疊、抗損壞的柔性感測器的要求，引入波形矽和弓形交聯導電體兩種柔性結構，提出採用雙步轉移工藝的矽基柔性感測器設計方案；集成多種物理量敏感元件，設計能夠纏繞、鋪設在複合材料表面或嵌入其內部的新型矽基柔性感測器；提出適合於損傷奇異性分析的多域多尺度建模方法，揭示損傷從微觀到巨觀的演變規律及其動力學特性；提出運算元自定義小波有限元的自適應算法和基於信息保存法的DSMC並行算法，提高巨觀有限元建模與微觀分子動力學模擬的效率和精度；進行衝擊與交變載荷作用下的微觀結構疲勞實驗和動態信號的分析，將實驗測試與多尺度動力學分析結果相結合，發現矽基柔性感測器結構的薄弱環節並提出改進設計方案，為航空航天裝備複合材料線上健康監測的柔性感測器設計與套用提供有價值的基礎理論和關鍵技術。
結題摘要
本項目研究了一種可用於複合材料線上健康監測的易拉伸、可摺疊、抗損壞的新型柔性感測器薄膜。首先，提出了一種採用雙步遷移工藝的矽基柔性感測器薄膜以及解決大變形測量問題的多段弓形交聯導體結構，解決了單段弓形結構所能承受的最大變形量過小的問題。建立了多段弓形交聯導體控制方程，給出了矽基柔性感測器薄膜的整體設計方案。其次，設計了一種集成振動與溫度測量的矽基微型感測器晶片，並建立了感測器晶片綜合性能的最佳化模型，該模型兼顧了結構動態回響、系統測量頻寬以及測試靈敏度等性能。然後，研究感測器薄膜在貼附於複合材料曲面時的結構封裝力學問題，分析了結合界面的應力分布，並研究了感測器晶片的陣列密度和晶片長/高比對結合面應力分布的影響，在此基礎上，獲得感測器薄膜的極限彎曲曲率和最大延伸率。最後，完成了感測器單元及矽基柔性感測器薄膜的製作，實驗研究了集成感測器晶片的動態性能和柔性感測器薄膜的損傷問題。實驗結果顯示，所製作的感測器晶片固有頻率、線性度達到設計要求。本項目的研究成果為複合材料的線上健康監測提供了一種新型的測試技術。
