界面对光纤智能复合材料力学性能的影响研究

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复合材料具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀等优良的性能,广泛地应用于建筑、交通工具、航空航天等领域。在复合材料中埋入光纤传感系统所形成的智能复合材料,可以实时监测复合材料内部结构的变化,实现对材料的寿命预测。然而光纤埋入后会在一定程度上影响材料的连续性和完整性,形成“眼状”界面,从而对复合材料的力学性能以及传感器自身的应变传感性能带来负面影响。本文以“眼状”界面的埋入式光纤智能复合材料为例,对光纤的应变传感性能和复合材料的力学性能展开研究,研究包括以下内容:(1)以“眼状”界面下的应变传递几何模型为基础,对“眼状”界面进行合理简化,建立了简化界面的应变传递几何模型,并采用合理假设,对简化界面的埋入式光纤的应变传递率进行理论分析。(2)通过有限元分析和实验对简化界面模型进行验证,结果表明简化后的模型可以应用于埋入式光纤智能复合材料的应变传递分析。相比于简化界面模型,“眼状”界面模型进行力学性能分析时的结果更为精确,故选择“眼状”界面模型对光纤智能复合材料进行力学性能分析。(3)考虑光纤埋入位置、数量、距离以及复合材料铺层方向等因素,从理论上研究各因素对界面形状的影响以及其对复合材料弯曲性能和拉伸性能的影响,为埋入式光纤智能复合材料的制作提供指导依据。
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