摘要：纤维增强树脂基复合材料损伤机理复杂,为保证其长期稳定应用,需要采用先进的健康监测技术对其进行损伤监测。基于碳纳米纸传感器可灵敏监测电阻变化,对碳纤维增强聚合物(carbon fibre reinforced polymer composite,CFRP)复合材料进行冲击损伤监测,并设计出一套基于人工神经网络(artificial neural network,ANN)深度学习算法的损伤监测系统。通过数据分析可知,该系统可长期有效地监测CFRP的损伤发生与位置预测,且损伤位置精确度高达92%。该损伤监测系统可实现对复合材料健康状况的评估。

摘要：复合材料由于其优异的性能已被广泛地应用于建筑、医学、航空航天等各个领域中,然而其损伤监测一直是国内外专家和学者关注的难点问题之一。本文将形状记忆合金(SMA)埋入到复合材料中,考虑了界面层的应变传递作用,利用SMA的电阻传感特性建立了基于应变传递的SMA复合材料塑性损伤监测模型,实现复合材料塑性损伤应变的实时监测。基于该监测模型讨论了不同材料参数条件对SMA和复合材料间平均应变传递率的影响,并讨论了SMA在不同初始状态和温度条件下损伤监测行为。研究结果表明:减小界面层厚度、增加界面层剪切模量及增加SMA的埋入长度均增加界面平均应变传递率,SMA电阻变化和复合材料塑性损伤应变呈分段线性关系。本文可为SMA复合材料损伤监测的进一步优化设计和应用提供理论基础。

摘要：设计位移控制的拉伸试验,使用磁通门传感器监测拉伸过程中的磁信号,采用扫描电镜、X射线衍射仪、MPMS磁学测量系统和透射电镜等方法观察拉伸过程中微观组织的演变规律。重复性试验和磁化试验的结果说明了监测磁信号的可靠性。拉伸过程的磁信号可分为3个阶段,第1阶段磁信号快速增加、增加速度变缓,第2阶段磁信号持续增加、增加速度变快,第3阶段磁信号呈现上下起伏的振荡现象。第1和第2阶段的α′-马氏体相对含量分别变化了0.4%和5.8%,第3阶段试样的位错密度相较第1阶段更大。3个拉伸阶段磁信号变化的机理分别为,第1和第2阶段是马氏体相变和应力磁化α′-马氏体的共同作用,第3阶段与位错的作用有关;应力与磁信号之间存在相关性,可通过监测304不锈钢的磁信号振荡现象来对塑性变形失效进行预警。

摘要：隐框玻璃幕墙连接用的硅酮结构胶发生损伤导致玻璃面板坠落是当前幕墙服役过程中的常见问题.现有研究大多采用动力学方法对幕墙的脱胶损伤进行检测和评估,该方法通常需要额外施加荷载激励,且测量的动力响应数据易受环境影响,难以实现幕墙安全状态的可靠评估.为解决上述问题,提出在负风压作用下利用玻璃面板的挠度和转角对玻璃面板的脱胶损伤进行检测和评估的方法.首先,设计一系列隐框玻璃幕墙脱胶损伤实验,验证了在风荷载作用下利用挠度和转角对玻璃面板的安全状态进行检测的可行性;之后,基于实验结果构建了隐框玻璃幕墙安全风险监测评估系统,实现玻璃面板脱胶位置和数量的实时监测和快速识别.

摘要：针对现代化智慧公路健康监测系统存在的监测技术落后、监测精度低及成本高等问题,设计开发了基于智能压电传感技术的沥青混凝土路面连续健康监测系统。该系统可通过交通荷载进行传感器自供电并对道路结构损伤进行实时监测,通过数值模拟和室内实验研究,对自供电传感系统的道路结构损伤监测性能进行综合评估与测试。采用三维有限元模拟仿真,分析了移动交通荷载作用下的路面结构力学响应;通过在沥青层底引入疲劳裂缝,从传感监测节点的动态应变数据中提取数据特征对道路结构损伤程度进行监测,同时进行了沥青混凝土试件三点弯曲室内试验;为了保护埋入路面的传感器,设计了一种小型化球形封装结构并进行了性能测试;基于数值分析的研究结果,沿加载路径布置的传感器节点能对道路结构的损伤程度进行监测。研究表明:本系统能有效监测各种道路结构损伤状态,包括疲劳开裂、裂缝扩展等,同时可对道路结构损伤进行定位并量化其受损程度,提高了道路结构健康监测系统的可靠性及智慧化程度,为智慧公路制定科学运维决策提供理论支撑。

摘要：针对碳纤维增强树脂复合材料低速冲击损伤的实时监测,设计将布拉格光纤光栅(FBG)传感器埋植在复合材料T型加筋板结构的三角填充区,在线监测复合材料T型加筋板冲击损伤过程。分别将FBG传感器埋植于复合材料层合板内部和复合材料T型加筋板的三角填充区,对比FBG传感器的埋入对复合材料层合板和复合材料T型加筋板力学性能的影响。结果表明,内埋FBG传感器的复合材料层合板试样的拉伸强度比未埋植传感器的层合板试样降低了约5%,但在FBG传感器的破坏应变范围内,FBG传感器可以准确、实时地监测复合材料的应变信号。将FBG传感器埋入复合材料T型加筋板的三角填充区,内埋FBG传感器的T型加筋板样件压缩破坏载荷与未埋植的样件基本一致。通过对比T型加筋板蒙皮上冲击位置、冲击能量对FBG传感器测得的冲击过程持续时间和最大应变值的影响,表明冲击过程持续时间随着冲击能量增大而延长,最大应变值随着冲击距离的增加呈下降趋势,而最大应变值随着冲击能量的增大呈上升趋势。利用FBG传感器测得的应变信号可初步实现对复合材料T型加筋板蒙皮冲击损伤位置及冲击能量的实时监测。

摘要：主动Lamb波损伤监测中的差信号方法获取损伤散射信号容易受到结构和环境等外界因素的影响。针对该问题,提出了无参考信号的损伤成像定位和监测方法;研究了回波式压电阵列的布置方法,并设计采用时间反转窗函数,清除Lamb波监测信号中的直接传播信息和边界反射信号,以截取出内部散射信号;通过控制压电阵列布局、设置窗函数等技术条件,基于时间反转理论中对波源的自适应聚焦原理,直接利用当前状态下的传感信号实现对结构损伤的实时成像、定位与评估,不再需要健康信号作为参考。在玻璃纤维复合材料板上的实验结果表明,该方法能较为准确地实时监测出损伤的位置、范围等特征。

摘要：沥青路面因施工工期短、可回收利用等优点而在高等级公路中得到广泛应用,然在荷载及环境温度、湿度等作用下,柔性沥青面层常常发生裂纹、车辙、界面剥离等损伤。这些损伤缩短了沥青路面的服役寿命、增加了交通压力,同时也带了沉重的经济负担,因此,掌握这些损伤的成因意义重大。区别于批量试验及有限元模拟等传统方法,光纤传感监测技术被越来越多地应用于沥青路面结构的全历程力学特征的获取。即在该研究背景下,对沥青路面结构的常见病害发生机理进行了归纳总结,综述了光纤传感技术应用于沥青路面的监测现状,并提出了沥青路面多损伤的光纤智能监测的可行性方法。研究旨在服务于沥青路面的全尺度监测提供及其材料和结构的优化。

摘要：针对电气化铁路承力索锚结线夹绞线区域损伤难以准确监测的问题,研制了面向承力索锚结线夹绞线区域损伤的传感器来实现损伤的超声导波监测.首先针对铜镁合金承力索绞线的结构特点及超声导波的传播特点,设计了承力索单线导波引导针,并以导波引导针为核心构建了独立弹性导波激励接收单元;然后基于承力索外层结构完成包含12个导波激励接收单元的环形导波检测模块;最后集成独立晶片控制电路与包覆保护操作手柄,形成新型超声导波传感器,结合脉冲反射法和小波降噪法对承力索锚结线夹绞线区域的结构损伤进行检测并判定.19芯铜镁合金承力索锚结线夹绞线区域的单线预设损伤检测实验结果表明,当传感器间距为0.1 m、传感器与锚结线夹中心间距为0.4 m时,经小波降噪后的损伤回波峰值与损伤深度呈正相关,判别平均相对误差为3.16%,平均误差长度为0.025 m,小于锚结线夹长度0.055 m,说明所研制的传感器及相应的监测方法可实现承力索锚结线夹绞线区域最外层单线的损伤判别.文中研究为电气化铁路接触网承力索锚结线夹结构的及时补强更换提供了有效的判定依据.

摘要：碳纤维增强复合材料具有独特的材料特性、可设计性,在现代卫星研制过程中的作用日益凸显,但其极易受到外太空碎片的撞击而产生多种类型的损伤,严重威胁在轨卫星的可靠性与稳定性。针对一种预制损伤的铝蜂窝夹芯碳纤维复合材料的安全监测需求,利用光纤Bragg光栅构建了分布式全光纤监测系统,监测在冲击过程中损伤区域处感应的光响应信号。通过总体经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)结合希尔伯特变换(Hilbert transform,HT),对冲击时域信号进行了有效提取,获得了冲击瞬时能量密度谱,提取相关能量特征并进行对比,进而生成冲击能量云图。实验结果表明:传感网络中任意一支传感器能够检测出四处损伤位置。该方法可为部分传感器失效情况下的损伤监测提供有益参考。