【摘 要】
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现如今碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP）因其具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优点,如今已被广泛应用于军工,商用及民用领域,经过多年的发展,CFRP在上述领域中已经逐渐成为主承力结构材料。然而在使用过程中,由于受外力影响CFRP整体结构性能下降,而且CFRP的寿命预测以及结构健康监测的问题至今仍无法有效解决,这使得设备制造商在引入CFRP作为
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现如今碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP）因其具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优点,如今已被广泛应用于军工,商用及民用领域,经过多年的发展,CFRP在上述领域中已经逐渐成为主承力结构材料。然而在使用过程中,由于受外力影响CFRP整体结构性能下降,而且CFRP的寿命预测以及结构健康监测的问题至今仍无法有效解决,这使得设备制造商在引入CFRP作为主承力结构的问题上都持谨慎态度。由于CFRP各向异性的特点,损伤形式和传统的金属材料有很大的区别,给材料的损伤检测带来了困难。而本文利用碳纤维具有导电性这一特点,引入非接触、低成本、无辐射的电磁涡流无损检测技术,目的是通过全周期健康监测,从而实现对CFRP在准静态载荷下的结构体损伤预警和寿命预测,保证结构件的安全可靠。本文主要研究在外部施加载荷情况下的数字化电磁学参数表征,首先通过理论分析,有限元仿真建模得到了CFRP的机电耦合模型。发现当CFRP承受弯曲载荷时,整体发生弯曲形变,同时内部纤维发生断裂再褡裢,使CFRP的电学特性被改变,这也是拉伸过程中CFRP电学特性的主要影响因素,因此最后从宏观和微观尺度建立了CFRP的机电模型。通过仿真与试验结果的验证,本文提出的CFRP准静态载荷下的机电耦合模型可以有效的表征CFRP在不同受力状态下的电导率变化规律。其次本文针对于CFRP分别做了三点弯曲以及单向拉伸的力学试验,在对单向层合和三维机织CFRP进行三点弯曲试验时,对于普通的传感器进行了改进,通过添加铁芯和设计不同结构等方法,提高了检测系统的信噪比;在对CFRP进行单向拉伸时,设计了对于损伤敏感的8线圈阵列式传感器,利用阵列式传感器可以对CFRP进行损伤监测,并结合线性反投影算法可以实现损伤的精确定位。
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