複合材料連線結構損傷探測技術與服役狀態表征理論

《複合材料連線結構損傷探測技術與服役狀態表征理論》是依託廈門大學，由卿新林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複合材料連線結構損傷探測技術與服役狀態表征理論
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：卿新林
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

複合材料正在成為新一代民機的主要結構材料，如何探測複合材料主承力結構的損傷，並評價其對結構失效的影響是重要但富有挑戰性的課題。本項目提出並建立以多場耦合感測網路智慧型探測技術為基礎的複合材料連線結構全壽命健康管理方法與理論，發展複合材料連線結構從設計、製造、服役到維護的全壽命周期損傷探測關鍵技術。主要創新點包括：提出具有多場探測能力的複合材料智慧型連線結構概念；研究複合材料各向異性的電磁 特性，揭示電磁渦流感測信號與結構狀態及損傷之間的相關性；提出集電磁渦流感測薄膜、壓電感測器陣列以及用於雷擊電流檢測的Rogowski線圈為一體的多場耦合感測網路技術，用於複合材料連線結構狀態和損傷的智慧型探測；面向全壽命健康管理，提出複合材料連線結構健康監測與壽命預測模型的協同分析技術，實現連線結構的剩餘強度和壽命預測。研究成果為快速評價複合材料連線結構的完整性提供理論基礎和技術手段。

結題摘要

複合材料正在成為新一代民機的主要結構材料，連線結構是大型複合材料結構的關鍵環節。螺栓連線具有承載能力強、可靠性高、拆裝容易及維護簡便等優勢，是航空航天領域複合材料結構的主要連線方式。由於複合材料連線結構存在複雜的非線性耦合因素，使得複合材料連線結構強度和破壞模式的分析十分困難。因此，必須對複合材料連線結構的健康狀態進行監測、診斷、評價和預測，通過線上監測獲得的信息實時掌握其健康狀況與對外界載荷的回響，並在此基礎上對未來可能發生的缺陷、故障進行預報，以便能在合適時間段內採取措施，以保證複合材料結構的安全服役並取得最大的經濟效益。本項目提出並建立以多場耦合感測網路智慧型探測技術為基礎的複合材料連線結構全壽命健康管理方法與理論，發展複合材料連線結構從設計、製造、服役到維護的全壽命周期損傷探測關鍵技術。 針對碳纖維樹脂基複合材料螺栓連線結構的損傷形式和機理，項目建立一種以多場耦合混雜感測網路為基礎的複合材料螺栓連線結構的狀態智慧型探測技術，實現對複合材料螺栓連線結構內可能的損傷及其擴展的實時監測；揭示碳纖維樹脂基複合材料結構連線區域內孔周圍損傷的發展規律，根據損傷監測與診斷結果採取有效數據分析和融合技術，預測複合材料連線結構的剩餘強度與使用壽命。項目重點對碳纖維複合材料螺栓連線結構的孔邊裂紋進行定量化監測開展研究，採用有限元方法設計渦流感測器，運用柔性印刷電路技術製作渦流陣列感測器，並粘接在螺桿上，監測複合材料螺栓連線結構孔邊裂紋的擴展。利用渦流陣列感測器對碳纖維複合材料螺栓連線結構孔邊裂紋沿軸向和徑向擴展進行實時監測，當損傷出現時通過對比分析渦流感測器信號變化達到對裂紋定量化監測的目的。項目的重要成果包括：提出了具有多場探測能力的複合材料智慧型連線結構概念，揭示了電磁渦流感測信號與連線結構損傷之間的關聯性。