三维编织复合材料健康监测数据异常诊断研究

分析了三维编织复合材料试件结构健康监测技术现状,提出了碳纳米管在三维编织复合材料试件健康监测的应用方法.基于滑动窗口,提出了一种数据流异常检测的算法,对数据进行分析和损伤状态判定.结果说明碳纳米管应用于三维编织复合材料整体结构监控是可行的.该算法计算结果与实际损伤具有很好的吻合性.为内置碳纳米管传感器应用于复合材料制件的实时健康监测提供一种新的综合和分布式技术.     

基于FBG的三维编织复合材料制件状态健康监测研究

介绍了将FBG嵌入三维编织复合材料的方法,提出了三维编织复合材料状态健康监测方法,分析了材料在拉伸承载下的内部应变与FBG变化关系,提出了信号采集和处理方式。实验结果表明,FBG传感器具有优异的传感特性,复合材料的编织角对FBG的信号有一点影响,植入光纤对复合材料的力学性能影响不大。本课题的研究为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。     

用于编织结构的光纤传感器的研究

介绍了用于编织复合材料和结构的光纤传感器,分析了它们的特点,将光纤传感器粘贴或编入编织复合材料,检测复合材料的结构的应变,对有关实验结果进行了分析,并介绍了光纤传感在编织复合材料结构健康监控和成型工艺监测中的应用。     

三维编织复合材料的疲劳性能

研究了三维编织复合材料的疲劳性能和编织结构对疲劳性能的影响。进行了应力比为011 、实验频率为10 Hz 的拉2拉疲劳性能测试。结果表明, 三维编织复合材料的疲劳强度约为其抗拉强度的60 %～80 % , 比金属材料的疲劳强度的相对值高。编织角是影响三维编织结构复合材料疲劳性能的一个主要因素。随着编织角的增大, 疲劳过程中易出现各种损伤, 而且伴随明显的升温现象。编织角大的试件在疲劳实验过程中模量变化明显, 并且呈现逐渐升高的趋势, 这与金属材料的双模量变化规律不同。在疲劳次数为100 万次后, 试件的剩余强度高于静载拉伸强度, 这主要是由于在疲劳测试过程中, 试件内编织纱线的取向更接近受力方向所致。      

碳密封涂覆光纤在编织复合材料中的应用

碳密封涂覆光纤由于具有良好的强度性能和抗疲劳能力,已应用于海底光缆、军用制导光纤以及苛刻环境下的光纤传感系统中。本文作者研究了碳密封涂覆光纤在三维碳/环氧编织复合材料中的应用。将该光纤成功地编入编织复合材料试件并成型。对该光纤在编织前、后以及成型后的光学性能进行了测试。设计了使用碳密封涂覆光纤的偏振式光纤传感器,并用其对试件处于弯曲受力状态的情况进行了测试。     

复合材料三维整体编织结构技术与特性

复合材料三维整体编织技术是国外八十年代发展起来的高新纺织技术。采用这种技术,创造了一类新的复合材料结构型式,显著改善了多方面的力学特性。已有的应用表明.这种高新技术与结构型式,可广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、武器装备、体育用品等诸多领域。本文综述了复合材料三维整体编织工艺的特点,三维编织结构物,以及某些优异的特性。     

复合材料三维整体编织结构技术与特性

复合材料三维整体编织技术是国外八十年代发展起来的高新纺织技术。采用这种技术,创造了一类新的复合材料结构型式,显著改善了多方面的力学特性。已有的应用表明.这种高新技术与结构型式,可广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、武器装备、体育用品等诸多领域。本文综述了复合材料三维整体编织工艺的特点,三维编织结构物,以及某些优异的特性。      

三维编织多功能结构复合材料的发展

在某些实际应用中,需要复合材料不仅具有多种功能,例如抗烧蚀、抗冲击、隔热等,而且还能作为结构材料使用,这种复合材料可以称为多功能结构复合材料.在多功能结构复合材料设计中需要按不同的功能应用和力学特性进行分层设计.利用三维编织技术可以实现多功能结构复合材料的分层异形整体编织,为多功能结构复合材料的发展提供了可能性.本文介绍了三维编织复合材料的性能和制作多功能结构复合材料所采用的三维编织技术.      

光纤Bragg光栅用于三维编织复合材料结构的内应变测量

本文对应用光纤Bragg光栅传感器编入三维编织复合材料结构内部的测量进行了研究.首先简要介绍了光纤光栅的编入方法和传感原理.随后进行的实验结果显示由应变计及光纤光栅所得到的载荷-应变曲线都具有良好的线性关系,实验之间的结果符合得很好,表明光纤Bragg光栅传感器可以用来精确检测编织试件复杂载荷状态下的内应变.从而将会促进光纤光栅在3-D编织复合材料结构的内部结构检测和强度失效分析中的更广泛应用.     

光纤用于3-D编织复合材料结构失效分析的实验研究

针对编入光纤光栅的三维编织复合材料试件进行了拉伸实验,从宏观角度研究了各部分的力学行为,并对拉伸后试件断口进行了电镜扫描,从细观角度分析了结构的破坏机制,实验结果表明在光纤光栅失效后不久,编织结构预制件即开始从弹性区域进入到塑性区域。这有利于对编织结构失效位置和趋势的判定。从而也为今后从所编入光纤角度考虑来研究编织复合材料强度预估和失效判据奠定了实验基础。     

三维编织复合材料测试中声发射信号的分析与研究

论述了声发射技术在三维编织复合材料弯曲过程中的应用及实验方法,给出了声发射在三维编织复合材料中弯曲过程的特征.为了精确地知道材料的损伤部位,声发射源信号的采集非常重要.试验结果表明,考虑到声发射源定位研究的准确性,建议采用波形分析法.在声发射信号的采集过程中比较了参数分析法和波形分析法.根据信号的衰减程度,选择较准确的声发射源信号.利用小波变换的不同算法得到了三维编织复合材料较准确的声发射信号.     

三维编织复合材料弹道侵彻准细观层次有限元计算

三维编织复合材料相比于层合复合材料有较高的层间剪切强度和断裂韧性,因而具有更高的冲击损伤容限。用钢芯弹对三维编织复合材料作弹道贯穿测试,得到弹体的入射速度和剩余速度,并考察侵彻破坏模式。目前对三维编织复合材料弹道侵彻性能计算主要建立在连续介质假设上,从真实细观结构计算三维编织复合材料弹道冲击性能尚有一定难度,用三维结构复合材料的纤维倾斜模型在准细观结构层次上分解三维编织复合材料,就其中的一块倾斜单向板作弹道侵彻有限元计算,由弹体动能损失得到贯穿整个复合材料靶体后弹体的剩余速度。有限元计算及与弹道测试结果的比较证明在准细观层次上计算三维编织复合材料弹道冲击性能的有效性。      

三维编织玻璃/环氧复合材料梁的低速冲击和冲击后压缩性能研究

试验制备了三维编织四向结构、五向结构和六向结构的玻璃纤维预制件增强环氧树脂梁的复合材料试样,每种试样包含20°、30°和40°三个编织角度.研究了编织结构和编织角参数对复合材料低速冲击及冲击后压缩性能的影响,分析了损伤后的试样形貌及破坏情况.试验结果表明:编织参数对复合材料的损伤容限影响较显著;编织角相同时,五向结构具有较高的CAI强度,而六向结构则表现出较好的冲击韧性;编织结构相同时,30°编织角试样的抗冲击性能较好;同时,冲击后压缩试样表现出脆性断裂特征.     

A new analytical model for calculation of stiffness of three-dimensional four-directional braided composites

The present paper represents a new analytical method for calculation of the stiffness of three-dimensional four-directional braided composites. In most previous works, the analytical approach had been largely neglected in the favor of the finite element model. Among those who have used the analytical model, the braided preform has been considered as made of one, or three, types of representative unit cells, while microscopic evidence of the microstructure of preforms reveals different configurations of the yarns in the interior, surface and corner regions of a braided preform. This paper presents a Multi-Unit Cell Model in which four kinds of unit cells, namely interior, interior surface, exterior surface and corner unit cells have been introduced as representative cells. Each type of unit cell in a braided composite possesses unique mechanical properties and has been considered as a uni-directional composite. Using rotation matrices, the angle between yarns and longitudinal direction has been incorporated in general coordinates of the model. Finally, using a volume averaging method, the total stiffness of the braided composite is calculated. The results are in good agreement with the available experimental data. The effect of braiding angle on the stiffness of braided composites is also examined.     

Internal Strain Measurement in 3D Braided Composites Using Co-braided Optical Fiber Sensors

3D braided composite technology has stimulated a great deal of interest in the world at large. But due to the three-dimensional nature of these kinds of composites, coupled with the shortcomings of currently-adopted experimental test methods, it is difficult to measure the internal parameters of this materials, hence causes it difficult to understand the material performance. A new method is introduced herein to measure the internal strain of braided composite materials using co-braided fiber optic sensors. Two kinds of fiber optic sensors are co-braided into 3D braided composites to measure internal strain. One of these is the Fabry-Parrot (F-P) fiber optic sensor; the other is the polarimetric fiber optic sensor. Experiments are conducted to measure internal strain under tension, bending and thermal environments in the 3D carbon fiber braided composite specimens, both locally and globally. Experimental results show that multiple fiber optic sensors can be braided into the 3D braided composites to meas     

Mechanics of three-dimensional braided structures for composite materials – Part II: prediction of the elastic moduli

In the first part of this series of paper [Z.X. Zang, R. Postle, Mechanics of three-dimensional braided structures for composite materials – Part I: fabric structure and fibre volume fraction, Comp. Struct. 49 (2000) 451–459], it was demonstrated that the braiding angles and fibre volume fraction can be represented as functions of the normalized pitch length introduced as a key parameter of three-dimensional braided reinforced composite materials. In the present paper, the models for the prediction of the tensile and shear moduli of three-dimensional braided composites are established by numerical simulation and mathematical modelling. Three-dimensional braided preforms are produced from the material system comprising glass/polypropylene and their moduli are measured. The results predicted from the braided composite models are supported by the experimental data.     

编织结构复合材料动态特性的实验模态分析

利用实验模态分析方法对碳纤维/环氧树脂编织结构增强复合材料的动态力学特性进行了实验研究, 确定了编织复合材料梁、管的振动模态参数与传递函数, 并与钢质梁、管的动态性能相比较。结果表明: 在冲击脉冲载荷作用下, 先进编织结构复合材料与传统金属材料相比具有较高的固有频率、阻尼比, 以及比刚度大、稳定性好、对冲击脉冲载荷作用的减震效果等良好的综合动力学特性。