用于结构健康监测的智能夹层研究进展

利用改进的柔性印刷电路技术,把一个分布式传感器/驱动器网络预先复合到一片绝缘载体膜上形成薄层,再结合相应的信号控制和处理软件,这就是当前先进的智能夹层(SMARTLayer)技术。结构健康监测(SHM)系统中智能夹层的提出及发展,将有可能把目前广泛采用的离线、静态、被动的材料及结构的损伤检测,转变为在线、动态、实时的健康监测,从而导致工程结构及材料安全监测与性能改善思路产生质的飞跃,引起结构及材料设计思想的变革。在本文中,主要阐述了智能夹层的发展、特点、关键技术、部件、相关的数据处理和应用情况,以及对今后的发展提出了一些需要注意解决的问题。在研究中,我们发现嵌入到玻璃纤维复合材料中的智能夹层对工程材料基体的力学性能没有产生明显的影响,并且自身的电学性能也非常稳定。     

基于光纤智能夹层传感结构的应力测量研究

制作了一种模块化的光纤传感夹层,对夹层内的光纤传感器的应力特性进行了实验研究。分析了应变对传感系数的影响,对埋入到光纤智能夹层中的两种光纤传感器的输出特性进行了比较。实验结果表明:光纤Bragg光栅传感器的波长漂移与应变之间具有理想的线性关系,但应变灵敏度由1.2pm/με降至1.15pm/με;由于制作工艺的局限,对于非本征F-P光纤传感器,当应变达到350με后,应变与载荷具有较好的线性响应。与非本征F-P光纤传感器相比,光纤Bragg光栅传感器是光纤智能夹层首选的应变传感器。将埋入了Bragg光栅传感器的智能夹层粘贴于某型飞机的翼-身连接构件内部进行监测,实验结果为光纤智能夹层应用于复合材料结构的应变监测提供了参考。     

埋光纤光栅传感器智能土木结构应变监测

采取与土木工程施工特点相适应的操作工艺与保护方法，将光纤Bragg光栅传感器埋入钢筋混凝土结构中，分别在实验室和实际工程施工现场对混凝土内部的应变进行了测量。实验中光纤Bragg光栅传感性能良好，能够监测混凝土内部应变状态，显示出成活率高、绝对值测量、寿命长等优势，为建立基于光纤传感器的结构健康监测系统奠定了基础。     

泡沫夹层在抗爆复合结构中作用的实验研究

首先对夹芯泡沫材料的力学性能、动态响应和性能特性进行了简单探讨,然后通过钢筋混凝土、泡沫夹层、钢板混凝土复合结构的抗爆实验,对夹芯泡沫材料的主要特点及其在复合结构中的作用机理进行了研究.结果表明:泡沫夹层对爆炸冲击波具有很好的衰减作用,且这种衰减作用随输入压力的增大而增大.这种特性可使爆炸产生的相对集中的局部压力转化为...     

铝合金格栅夹层结构水下抗冲击特性的实验研究

基于非药式水下爆炸冲击波加载技术,对格栅型夹层结构的动态响应及抗冲击防护性能,进行了实验研究。利用高速相机,对夹层板的动态变形情况进行了实时观测,获得了格栅夹层板气背面在水下冲击波作用下的动态响应历程,并结合相同面密度单层板在水下冲击波作用下的抗冲击变形结果,对比分析了铝合金格栅夹层板的抗冲击防护性能,获得了格栅型夹层板的气背面板最大变形量与水下冲击波量纲一冲量间的定量关系。     

智能复合材料结构振动控制力学模型

介绍了在航空，航天等高技术在领域中柔性结构振动衰减控制９０年代初期新兴的智能复合材料结构技术及应用发展前景，对一个具有应用背景的双压电片复合材料层合板帆板结构的振动衰减控制系统人出了数学模型，导出了压电传感器／激振器的输出／输入方程，进行了最优控制算法数值仿真，结果表明，其控制效果是显著的。     

基于神经网络与光纤传感阵列的结构状态监测方法

以探测机敏复合材料与结构内应变、应力及损伤等物理状态的位置信息为目的．提出了一种新颖的可内埋于材料与结构内作为结构状态监测用的强度调制型光纤传感阵列网络，并采用人工神经网络来处理传感阵列输出的并行分布式传感信号，阐述了适用的Ｋｏｈｏｎｅｎ网模型及其变化形式，给出了仿真实验结果     

金属蜂窝夹层结构抗水下爆炸特性

金属蜂窝夹层结构是一种新型的舰船防护结构,在舰船防护领域具有广阔的应用前景,但目前缺乏对其在实际水下爆炸载荷作用下动态响应的研究。为研究金属蜂窝夹层结构在水下爆炸载荷作用下的动态响应及防护性能,设计并制备了背板加筋蜂窝夹层结构样件以及相应的浮箱,在大型露天水池中进行了水下实爆 实验;通过声固耦合算法对结构响应进行模拟,实验结果与模拟结果吻合良好,随后分析了蜂窝夹层板的变形过程及能量吸收特性,量化了载荷参数（冲击因子）及结构参数（前后面板厚度比和芯体相对密度）对结构动态响应的影响;最后,以蜂窝夹层板的面密度和后面板中心点最大变形的无量纲量为目标函数,使用NSGA-Ⅱ遗传算法对结构进行了多目标优化,得到对应的Pareto前沿。结果表明,随着冲击因子的增大,蜂窝夹层板整体变形显著增大,蜂窝芯体始终是主要的吸能构件,但其吸能占比逐渐降低;随着前后面板厚度比或芯体相对密度的增加,蜂窝夹层结构的最大变形呈现先降低后升高的趋势,同时呈现不同的变形模式,芯体相对密度对结构变形的影响更为显著;对蜂窝夹层结构开展多目标优化可有效降低结构的面密度及最大变形,优化结果可为蜂窝夹层结构的设计选型提供参考。     

含压电材料智能结构动态特性的研究

本文推导了含压电材料智能结构有限元动力方程,讨论了智能结构系统的动态特性,得到了模态形状和相应的模态电压以及考察了具有分布的压电传感器和执行器的四边简支方板的各阶固有频率随以馈增益的变化规律,这些结果将在智能结构控制的优化设计中起到了很大的作用。     

埋入混凝土的光纤传感器包层力学特性研究

本文用解析解探索光纤传感器埋入混凝土中其包层的特性及重要性。针对外荷载平行与光纤方向施加于混凝土构件时，其包层的材料特性和厚度变化而引起其内部应力分布特性作了一些研究。从解的分析可以看出，在埋入光纤的附近横截面应力集中很大程度上取决于包层的厚度及材料性质。对于给定的混凝土材料存在包层材料和厚度相结合的优化问题，选择某一优化目标，可能减小或消除其应力集中，而这对于光纤传感器在整个运行期间是至关重要。     

埋入压电元件的自诊断智能结构的理论分析与实验研究

将压电元件埋设于复合材料层板结构中，可实现结构应变分布的在线监测。本文提出一种采用压电应变传感器阵列和人工神经网络模型的自诊断方法，对局部埋入压电应变传感元件的平板结构进行了分析，采用神经网络模型根据压电传感器组的输出识别结构承载位置和大小，对该方法进行了数值模拟和实验验证。     

小波变换特征提取的复合材料损伤检测

论述了小波变换及其快速算法，基于小波变换的波形模量极大点来构造全局的相似性度量，并将此应用于复合材料损伤类型的检测     

智能梁的静态形状控制

直接从位移函数出发，用Hamilton原理推导了压电智能梁结构的有限元方程，并采用灵敏度分析方法来确定结构的优化控制电压，在此基础上建立了结构自适应梁。最后采用数值分析来验证其有效性，从仿真结果可以看出文中的方法对梁结构的静态形状控制，有较好的控制精度。     

可压缩混合层中细光束畸变效应的实验研究

利用双曝光CCD相机成像技术,对小直径光束穿越可压缩混合层流场存在的大尺度结构特性及其引起的气动光学效应进行了实验研究。实验研究结果表明:在不同对流马赫数(Mc=0.17,0.45)下,可压缩混合层中的大尺度结构形状不同,因而具有不同的折射率分布场,从而导致光束投影发生了不同程度的变形和偏移。利用光束质心的概念定量分析了不同对流马赫数下光束偏移和抖动的统计特性。统计结果表明在高对流马赫数下光束投影的偏移量减小,光束沿流场展向的平均偏移角度减小,但摆动幅度加大。     

混合层中粒子扩散的实验研究

本文应用流动显示和LDA测量,对混合层中粒子的扩散问题进行了实验研究。结果表明：粒子的扩散强烈地依赖于St数,具有较小St的粒子的扩散近似地与流体示踪粒子相同,随着St的增大,扩散角度增大,也就是说粒子扩散加快,并且随着粒子惯性的增大,它对湍流脉动的响应将会减弱。     

智能压电结构的新型阻尼修正模型

针对智能压电结构中，结构和压电材料之间的耦合和压电材料的动态输出，对结构阻尼的影响，提出了一种新的分段阻尼模型。由于压电结构和系统之间的耦合效应，整个结构的刚度和阻尼都会发生变化，尤其是阻尼会发生动态的变化。静态阻尼模型的描述已不能满足描述需要，而文中的分段阻尼模型能更精确地描述智能压电结构中的阻尼，以及系统的动态响应。以悬臂梁为例，实验结果验证了原静态阻尼模型的误差较大，而新模型比原模型精确反映了系统的幅频相应，比原模型更加合理和准确。     

损伤自诊断自适应智能材料结构的研究

本文介绍了一种强度型损伤自诊断自适应智能复合材料结构的研究情况。这种智能材料结构基于电阻应变丝为传感元件，形状记忆合金为动作元件。为使结构具有高的灵敏度及诊断精度，文中研究了传感元件的布置方案，提出了四点布置传感元件的方法。同时采用形状记忆合金为动作元件。在自诊断出损伤后，对相应的ＳＭＡ激励，以减小损伤或防止其扩展。     

主动约束层阻尼结构振动控制试验研究

基于主动约束层阻尼结构及独立模态振动控制方法,利用压电驱动器/传感器和粘弹性材料与薄板构成的复合层压阻尼结构,在理论研究的基础上,对一悬壁板结构进行了试验研究,给出了部分试验研究结果,分析总结了主动约束层阻尼结构的主要优缺点.