Numerical Investigation of the Optimum Placement Locations of Optical Fiber Bragg Grating Sensors for the Health Monitoring of Bonded Composite Repairs

the use of optical Fiber Bragg Grating sensors (FBG) embedded into composite laminates has proven to be an efficient way for the monitoring of the strain field inside composite laminates. The current work focuses on the use of such sensors for structural health monitoring of bonded composite repairs, often used in the aerospace as well as in the maritime industry. In such applications, the embedding location of the FBG sensors is of great importance, since apart from general strain measurements of the composite, they provide the ability of detecting whether a crack has propagated in the metal or a debonding has occurred between the metal and the composite. Within the current work, a representative case of bonded composite repair of a cracked metallic structure is examined and a series of 3D elasticity linear static finite element models are developed. Various crack lengths and patch disbond sizes have been studied while varying strain distributions were recorded along numerous paths inside the structure. Having recorded and analyzed these strain distributions, certain guidelines have been derived concerning the optimum FBG placement inside the patch, in order to ensure efficient structural health monitoring.     

原位聚合法制备厌氧胶固化引发剂微胶囊

采用原位聚合法制备了以脲醛树脂为壁材、过氧化苯甲酰为芯材的厌氧胶固化引发剂微胶囊。研究了乳化剂聚丙烯酸钠、十二烷基苯磺酸钠、阿拉伯树胶、苯乙烯-马来酸酐共聚物的单独使用及阿拉伯树胶与苯乙烯-马来酸酐共聚物的复配组合和其它工艺条件对微胶囊制备的影响;运用FT-IR、TG和SEM等测试技术对微胶囊进行了表征。结果表明,以苯乙烯-马来酸酐共聚物和阿拉伯树胶作为复合乳化剂,反应终点pH值为1.5左右,反应温度70℃,反应时间4 h,搅拌速率1 000 r/m in,可制得分散适中、形貌较好、粒径约为100μm的微胶囊。以实验制备的微胶囊配制成可预涂厌氧胶胶液,性能可以达到国外公司同类产品的技术指标。     

非组分黏接剂对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

为了研究黏接剂对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,以改性酚醛树脂作为黏接剂,通过高精度天平测定涂胶量,由平板硫化机固定黏接压力得到不同涂胶量的试样.利用光学显微镜观察黏接剂的渗透情况,通过惯量摩擦试验机研究涂胶量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响.试验结果表明:随着单位面积涂胶最的增加,黏接剂渗入摩擦材料的深度逐渐增大,对于厚度不大于1.0 mm的纸基摩擦材料,黏接剂可渗透材料并影响其摩擦磨损性能.随着渗透至摩擦面胶量的增加,摩擦材料的制动平稳性逐渐变差,动摩擦系数降低,静摩擦系数升高,磨损率先减小后增大.     

复合材料胶接结构有限元分析方法研究进展

胶接结构的强度分析方法可以分为解析法和数值法两类,数值法主要是有限元方法.本文综述了复合材料胶接结构的有限元分析方法,按照胶接结构有限元模型建立的物理机理,将胶接结构力学分析模型分为基于有限元应力分析模型、基于断裂力学模型和基于损伤力学模型3类.详细介绍了这3类模型中的主要有限元建模分析方法:三维应力分析方法、虚拟裂纹闭合技术方法和内聚力模型方法,介绍了每种方法的基本思想、适用范围、优缺点、改进和扩展、有限元建模的实施步骤,以及有限元分析中应用该方法所取得的成果.第五部分从适用范围、应力奇异和破坏判据3个方面对这几种分析模型进行了对比分析.最后,对该领域发展趋势进行了展望.      

Cr/Ag纳米多层薄膜膜-基结合强度及摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射技术在AISI 440C钢表面制备了不同调制周期的Cr/Ag纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪（XRD）及高分辨透射电子显微镜（HRTEM）分析表征了纳米多层薄膜的微观组织结构,通过划痕试验机与真空球-盘摩擦试验机分别测试了纳米多层薄膜膜-基结合强度及真空摩擦学性能,并与纯Ag薄膜及Cr/Ag双层薄膜进行了对比.结果表明：纳米多层结构可以显著提高Ag基固体润滑薄膜膜-基结合强度,Cr/Ag纳米多层薄膜在较高转速及载荷条件下表现出明显优于纯Ag及Cr/Ag双层薄膜的摩擦学性能.Cr薄膜层与钢基体表面良好结合以及纳米多层薄膜内良好的层间结合性能是纳米多层薄膜膜-基结合强度提高的主要原因.     

含胶接缺陷的椭球泡沫夹层结构破坏机理与承载能力研究

采用试验和有限元方法,对含胶接缺陷的椭球泡沫夹层结构在外压作用下的破坏模式和承载能力进行了研究。针对国内在研的大尺寸椭球泡沫夹层结构,实施了全尺寸静力外压试验,发现初始胶接缺陷破坏了夹层结构界面应力传递的连续性;随着载荷增加,面板发生皱褶且脱胶界面继续扩展,从而降低结构整体承载能力。通过红外无损检测确定了缺陷的类型和形貌;采用预留相应初始脱粘面积、脱粘间隙以及内聚力单元模拟界面脱粘的有限元分析方法,对含胶接缺陷的椭球泡沫夹层结构承载能力进行预测。数值结果表明:含胶接缺陷结构易发生面板皱褶,且结构顶部和根部区域较易发生界面脱粘扩展。数值和试验结果取得了较好的一致性,本文结果可为同类结构设计提供参考。     

粘接剂对钛合金异质自冲铆接头力学性能的影响

为了研究粘接剂对自冲铆接头性能的影响,分别以TA1-5052和TA1-Q215的单搭自冲铆接头及粘接-自冲铆复合接头为研究对象,采用剖面直观检测法分析接头成形质量,基于静力学试验研究各组接头的静力学性能及失效形式。结果表明:与自冲铆接头相比,复合接头的钉脚张开度和残余底厚值减小;粘接剂对TA1-5052单搭自冲铆接头失效形式无影响,但改变了TA1-Q215单搭自冲铆接头的失效形式;复合接头的静力学性能比自冲铆接头更优;相对于自冲铆接头,TA1-5052复合接头静失效载荷增加了17.5%,能量吸收值增加了13.3%;TA1-Q215复合接头静失效载荷增加了6.8%,能量吸收值增加了25.8%。     

原子力显微镜在轻敲模式下的动力学模型

基于Hamaker假设、Lennard-Jones势能定律及经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型，该模型显示黏着力在原子力显微镜(AFM)针尖趋近和撤离样品表面，即加载和卸载的两个过程中存在黏着滞后现象，表明了AFM在轻敲工作模式中存在能量耗散.同时，根据所建的黏着接触弹性模型，建立了AFM在轻敲工作模式下的动力学模型，研究了AFM在轻敲工作模式下的振动幅度、相位差及耗散功率随针尖与样品表面间距的变化规律，仿真结果与现有的实验结果相一致.     

Tabor数、粘着数与微尺度粘着弹性接触理论

微电子机械系统（ＭＥＭＳ）等领域的飞速发展,促使我们迈进了一个表面效应在许多现象 中占主导地位的研究领域．本文重点介绍在ＭＥＭＳ中经常遇到的微尺度粘着弹性接触的相关理论． 通过对两个无量纲数——Ｔａｂｏｒ数μ（以及其相应形式）和粘着数θ的分析,以及考虑它们对于粘 着力的影响,指出了粘着弹性接触理论中所隐含的尺度效应,随着特征尺度的减小,粘着弹性接触中 的表面效应愈加明显．     

工程粗糙表面粘着磨损的分形学研究

建立了分形接触模型,并在Ａｒｃｈａｒｄ粘着磨损理论基础上,结合磨损过程中剪切应力对实际接触表面的影响,建立了弹、塑性接触条件下的粘着磨损分形模型,通过试验得出了磨损体积损失与分形参数的关系,为降低磨损与加工成本及确定表面最佳分形维数提供了实验依据．