可扩展多功能复合材料结构状态传感网络的设计与制作技术

先进复合材料的使用为大型工程结构减重、提高效能及降低运营成本提供了有效途径,由于设计、制造与检测技术的限制,复合材料的优越性能在大型结构上的应用还远没得以充分发挥。本文提出了一种与复合材料结构集成一体的可扩展多功能传感网络技术,形成复合材料结构多模式传感能力,使复合材料结构可以"感觉"和"思考"自身状态。为此,发展了在微观尺度上制作高密度电阻温度传感器、电阻应变片和PVDF压电薄膜传感器网络的新方法,利用可扩展的传感器网络搭载层实现了多功能传感器网络从微观到宏观的扩展。扩展后的柔性传感器网络可覆盖面积大、外形复杂的复合材料结构,为全面快速评价复合材料结构在制造及使用过程中的完整性提供有效的技术手段。     

多功能复合材料结构状态感知系统

由于具有比强度和比刚度高、可设计性强等优点,先进复合材料正在逐步成为新一代民用飞机的主要结构材料。为了充分利用复合材料的优越性能,有必要研发一种与复合材料结构集成一体的多功能传感系统,以使复合材料结构可以"感觉"和"思考"自身状态。本文提出一种类似于人体神经系统的多功能传感器网络系统,将不同功能的传感器有机结合起来,并与复合材料结构永久集成于一体,用来感知结构应变、温度、湿度、气动压力等参量,并监测发生在结构上的外界撞击及内部损伤。利用这一新概念设计和制造的未来复合材料结构可以提供多种模式的综合信息,从而使之具有智能传感、环境适应等多种功能。本文同时也讨论了发展这样一种多功能结构状态感知系统所面临的挑战与有关解决途径。     

同向与反向切变载荷条件下管道中扭转模态导波激励分析

对轴对称多元同向与反向切变载荷施加方式下管道中扭转模态导波T(0,1)的激励问题进行了分析。采用简正模态展开技术,首先分析了不同切变载荷方向下T(0,1)导波的产生机理,建立了导波激励声场与边界载荷的量化关系。在此基础上,结合实验研究,分析了载荷周向分布参数对T(0,1)导波激励的影响,得到了高效激励T(0,1)导波所需的载荷周向分布条件。研究表明,利用轴对称的多元同向切变载荷激励T(0,1)导波是一种实用、高效的方法;而对于多元反向切变载荷则往往要求换能器与管道具备良好的耦合性能。通过优化同向切变载荷的周向分布参数,如增加载荷周向分布角度、减小载荷间隙与宽度比,将有助于获得高信噪比的T(0,1)导波.      

结构健康监测技术及其在航空航天领域中的应用

对飞行器结构中的裂纹、腐蚀、脱层、材料性能退化及其它损伤进行及时且准确的检测是确保服役飞行器安全可靠运行的必要手段。结构健康监测是确定结构完整性的革命性创新技术,它在飞行器的结构设计、飞行及维护过程中都可发挥重要作用,它的使用可以提高飞行安全性、降低维护成本。本文简要介绍结构健康监测的系统组成、基本原理及关键技术,并通过实例阐述了基于智能层的结构健康监测技术在飞行器上的应用情况。