一、基于折射率变化的复合材料固化在线监测研究（论文文献综述）
周振泽[1]（2021）在《基于高分子膜/光纤布拉格光栅的CO2气体传感器的研制》文中指出伴随着社会经济和工业技术的快速发展,煤炭、石油等化石燃料的消耗与日俱增,这使得温室气体的排放量不断增加,导致温室效应不断加剧。随着全球变暖的情况恶化,世界各地的极端天气出现的频率增加,生物多样性也受到严重威胁。在全球变暖过程中,二氧化碳（CO2）起到的作用在诸多温室气体中占比最大,但是CO2检测技术一直处于发展缓慢的阶段。目前已有的传感器缺点较为明显,例如传感器制备过程繁琐、检测量程小、检测过程复杂等,因此能应对多种使用场景的低成本CO2传感器成为了研究热点。为了积极地响应“碳达峰”与“碳中和”的环保政策,更好地在线实时监测CO2排放,本文基于光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）的优势,研制了一种制备简单、造价低、操作便捷、易组网的气敏高分子膜/光纤布拉格光栅CO2气体传感器,其具有响应时间/恢复时间短、选择性优异和工作寿命长的优点,而且在不同温度与湿度下都能进行稳定有效的在线监测。基于光纤布拉格光栅的轴向形变导致反射光波长偏移的原理,结合聚醚砜在CO2中体积膨胀的现象,本文设计了基于高分子膜/光纤布拉格光栅的CO2气体传感器,即通过气敏高分子膜在CO2中的体积膨胀使得光纤栅区发生轴向伸长从而改变光纤栅区的周期,最终使得布拉格反射光波长发生偏移,根据波长偏移量测算出测试环境中CO2的浓度,实现对CO2的在线监测。为了便捷且可复现地制备所研制的传感器,本文设计了“低温旋涂-高温固化”的热旋涂制备工艺,并开发了与之配套的热旋涂装置;通过低温旋涂-高温固化的热旋涂工艺实现了在光纤栅区表面涂覆均匀光滑的聚醚砜膜,极大地保证了不同批次传感器检测结果的可靠性。本文对影响CO2气体传感器响应值的因素进行了详细分析讨论,探究了旋涂工艺、高分子膜厚度、测试环境的温度和湿度对传感器响应值的影响。经实验验证,虽然在传感器旋涂过程中不同位置的光纤栅区的转数有极小差别,但是对响应值的影响可以忽略不计;随着测试环境温度的升高,传感器最大响应值不断下降,其达到平衡状态所用时间也随之缩短,最终得出所研制的传感器在-5～55℃内可实现有效检测。还探究了湿度对传感器的影响,虽然所研制的气体传感器随着测试环境湿度的增加受影响愈发明显,但是在80%RH的高湿环境下仍能进行稳定可靠的检测。最后,本文对所研制的C02气体传感器的性能进行了详细检测,测试了传感器的灵敏度、最小检测限（Limit of Detection,LOD）、选择性、响应时间、恢复时间和耐久性,并将所测性能与已有传感器的性能进行了对比。此外,为了使所研制的CO2传感器更有实际应用价值并顺应工业智能化的发展趋势,开发了浓度超限报警程序,实现了传感器所处测试环境的CO2浓度超过安全阈值时自动产生声光报警,使得传感器的优势更加突出。综上,本文设计了一种简单、易操作、低成本的光纤气体传感器制备工艺,并对传感器响应值的影响因素进行了详细分析,测试了传感器性能,最终研制了一种制备简单、抗干扰能力强、低成本的CO2气体传感器。
杨尚[2]（2021）在《单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料升温过程应变场的原位测量和有限元分析》文中指出准确测量单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料的内部应变场对于复合材料的设计和应用具有重大价值。在实际应用中,复合材料面临着复杂的外界环境,如温度的剧变,这会使得结构件内部产生热应力,发生热膨胀或者热翘曲等现象。一旦监测到材料的应变超过安全阈值,即可进行预警,保障复合材料的尺寸稳定性和服役过程中的健康安全。光纤Bragg光栅（FBG）具有尺寸小,灵敏度高,易集成等特点,可用于材料微小应变的实时原位测量。本文将研究层压复合材料在升温过程中,内部应变场的原位测量和有限元分析表征。将FBG传感器按照0°（碳纤维方向）,45°,90°（垂直于碳纤维）三个方向置入单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料的表面和内部,在30℃～180℃的升温过程中,对其应变场进行原位测量。用有限元分析方法模拟复合材料升温过程中对应位置的应变—温度曲线。两者比较分析不同方向和位置应变分布规律。主要研究工作如下:（1）采用密封胶条保护法,将FBG传感器埋置于预成型体的特定位置,经真空辅助树脂传递模塑（VARTM）方法固化成型,制备内置FBG的碳纤维/环氧树脂层压复合材料。（2）利用电热鼓风干燥箱和光栅解调仪,测量得到复合材料在升温过程中的应变—温度曲线。发现复合材料表面和内部,0°,45°,90°三方向的应变变化规律。（3）建立混杂模型,用有限元分析方法模拟复合材料的升温过程,获取其内部应变场分布和应变—温度曲线,揭示热应变的厚度效应和方向效应。主要研究结论如下:（1）单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料在升温过程中的应变具有方向效应。0°方向表现为极小的热收缩,45°方向和90°方向表现为热膨胀,90°方向的热膨胀大于45°方向。（2）单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料在升温过程中的应变具有厚度效应。表面和内部产生显着的热应变差异。在0°方向,表面热收缩值大于内部热收缩值;在45°和90°方向,表面热膨胀值小于内部热膨胀值。（3）有限元分析表明,在0°方向上纱线的热收缩占主导作用,在90°方向上树脂的热膨胀占主导作用。纱线的热响应受到树脂的影响,在纱线内部形成了有梯度的应变场。同时树脂的热响应也受到纱线的影响。树脂和纱线的热响应协同作用于复合材料的热响应,使得复合材料热应变存在方向效应和厚度效应。
林帆[3]（2021）在《特种光栅用于热塑性复合材料成型过程监测的关键技术研究》文中提出复合材料受到人们的广泛关注,在许多领域中都有大量的应用。树脂基复合材料是应用较多的一种复合材料,分为热固性复合材料和热塑性复合材料。成型过程中,复合材料受到温度、应变及压力等工艺参数影响,脱模后有可能出现翘曲、回弹等缺陷。因此需要一种准确的监测方法对复合材料的成型过程进行在线实时监测,特别是嵌入式实时监测。这为规范成型工艺,稳定成品质量提供了重要参考作用。传统机电式传感器存在尺寸大、响应慢等弊端,不适合嵌入式监测。而光纤光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）有着许多独特的优势:易于复用、重量轻、对复合材料影响小等,十分适合复合材料成型过程监测。本文在普通光纤光栅用于复合材料成型过程监测技术研究的基础上,进一步对特种光栅特性进行了研究并将其应用于热塑性复合材料成型过程监测研究。研究主要分为两个方面:一方面,将特种光栅——聚酰亚胺光纤光栅用于传感以监测成型过程监测;另一方面将特种光栅的高性能光谱用于成型过程光栅反射光信号解调。通过特种光栅的应用使得系统性能进一步提升。相对于其他监测方法,聚酰亚胺光纤光栅传感系统能监测到热塑性复合材料纤维自动铺放原位成型过程产生的350℃以上高温和20000με的大动态应变,温度和应变的监测范围扩大,且使得系统监测精度提高。此外,基于特种光栅高性能谱的信号解调技术使得系统解调速度和性价比大大增加。通过自动纤维铺放工艺（Auto Fiber Placement,AFP）原位成型、热压成型等工艺来制造复合材料结构件。并采用了普通光纤布喇格光栅、聚酰亚胺光纤光栅对AFP工艺制造过程进行嵌入式监测,采用了可调谐F-P滤波解调法和边沿滤波解调两种方法解调光栅波长,根据波长数据计算温度和应变。本文的主要研究内容有:（1）阐述热塑性复合材料成型过程监测必要性,从其成型工艺、应用、研究现状等方面对研究课题基本情况进行总结。（2）介绍光纤光栅发展过程,对光栅温度、应变传感进行理论分析,并对较为常用解调方式原理和特点进行详尽说明。（3）实现了光纤光栅波长的快速解调,解调速率为100Hz。利用聚酰亚胺光纤光栅实现了热塑性复合材料自动纤维铺放原位成型过程中的温度及应变演变变化的实时监测,在整个过程中光纤光栅光谱没有出现变形现象。聚酰亚胺光纤光栅可监测最高温度为400℃,且其监测应变超过20000με。在自动纤维铺放原位成型过程,实际监测到的最高温度为290.23℃,应变最高为509.36με。其监测温度分辨率为0.1℃,监测应变分辨率为1με。通过对整个成型过程的温度、应变变化对热塑性复合材料内部状况进行了分析,并通过用热电偶温度结果与光栅的温度进行对比,结果证明了聚酰亚胺光纤光栅监测热塑性复合材料自动纤维铺放原位过程多参量演变的可行性以及准确性。（4）通过普通光纤光栅实现了复合材料热压成型过程和流体树脂快速固化成型过程的多参量实时监测,采用传统的传感器对其监测结果进行了对比验证。根据光纤光栅监测结果分析了复合材料成型过程中各阶段的内部结构变化。证明光纤光栅对复合材料热压成型过程和流体树脂快速固化成型过程实时监测的可行性。（5）采用特种光栅搭建了基于边沿滤波高效解调的全光纤型光纤传感系统用于复合材料成型过程关键参量的实时监测。通过边沿滤波解调系统对反射光中心波长进行快速解调。分别利用三角形高性能谱光纤光栅和长周期光纤光栅线性边沿,对光纤光栅反射光信号进行强度解调,并将该系统用于温度传感实验。监测结果表明系统输出电压与温度具有良好的线性关系。利用边沿滤波解调系统对复合材料成型过程中进行了监测,并通过对比验证了边沿滤波解调系统的监测准确性。
胡强[4]（2020）在《超导复合磁体力学性能实验及力磁耦合行为数值研究》文中研究说明随着大科学工程装置、新能源、现代医疗和交通等领域的快速发展,超导磁体的理论和应用研究正朝着大型化、强磁场和高载流的方向发展,并将带来变革性的技术进步与突破。由于所处的强磁场、大电流和极低温等复杂环境,超导磁体在服役过程中不可避免地会受到强电磁力作用而产生力学变形,同时多场相互作用的耦合行为也会对超导磁体的性能产生显着影响,甚至引发磁体的性能退化和功能失效。因此大型、高场超导磁体的研制及安全稳定运行中涉及的力学基础问题、多场耦合问题是目前面临的挑战性课题与前沿多学科交叉课题。当前,国际上关于大型、高场超导磁体的研制及设计分析尚处于摸索阶段,远未达到对磁体性能要求越来越高的应用需求。从超导磁体的基本结构设计到极端多场环境下的运行,无一不涉及到力学及其多场耦合性能的表征与高精度的有效分析方法。在实验研究方面,极端运行环境下超导磁体的力学与多场测量面临着常规测试手段和方法失效的挑战;在数值研究方面,借鉴超导磁体的传统设计与均匀化方法往往很难有效表征超导复合磁体的极端多场、多材料以及多尺度特征。因此,本论文将从超导磁体结构极端多场下的非电磁式应变测量—光纤布拉格光栅技术,以及超导线圈的细观力学理论出发,开展超导复合磁体复杂场下的力学性能实验表征和力磁耦合数值分析研究,并将实验结果与数值模拟结果进行了分析和对比,以期揭示其多场性能和耦合行为。论文较为系统地针对超导螺线管磁体、跑道型超导磁体等在极端复杂多场环境下的力磁行为进行了研究,主要的研究内容与结果如下:（1）将非电磁式的光纤光栅应变测试技术与方法拓展到超导磁体极端环境下的实验测量中。设计并制作了超导磁体极端复杂运行环境下适用于磁体结构埋入式应变测量的软基体—聚酰亚胺光纤布拉格光栅;完成了其在低/变温环境下的实验标定,在超低温温区,其应变敏感系数具有温度无关性的显着优越特性,且性能稳定。（2）采用制作的软基体—聚酰亚胺光纤布拉格光栅,建立了超导复合磁体结构的埋入式应变测量新方法,开展了超导螺线管磁体、跑道型超导磁体运行环境下的力学变形实验研究。通过与实验对照,研究表明软基体光纤光栅在实施复杂磁体结构内部应变测量和监测,尤其是多点应变测量和监测时,优于低温电阻应变片测量方法;埋入式光纤光栅实现了超导磁体结构内部的高精度应变测量和实时监测,且应变测量具有很好稳定性和精度。（3）基于超导线圈的宏观各向同性均匀化方法,建立了超导磁体的力磁耦合有限元模型。分别针对超导螺线管磁体、跑道型超导磁体进行了数值模拟与分析,并与实验结果进行了对比。研究结果表明,相较未考虑力磁耦合效应的预测结果,考虑力磁耦合效应的有限元模型的预测结果与实验值更为接近;随着励磁电流和磁场强度的增加,超导磁体的力磁耦合效应越显着,是超导磁体设计与分析中不能忽视的。（4）为了更准确地分析超导复合磁体的多场行为,我们基于复合材料细观力学理论,从超导线圈及其超导复合线的微观结构出发,建立了正交各向异性多尺度有限元模型和精细化多尺度有限元模型。在此基础上,分别针对超导螺线管磁体、跑道型超导磁体开展了力磁行为数值模拟。研究结果表明:在超导磁体宏观力学响应上,对比宏观各向同性模型的预测结果,正交各向异性和精细化多尺度模型的预测结果与实验值更为接近;特别是对于跑道型超导磁体存在的应力、磁力集中现象的结构局部区域能够给出更好预测;精细化多尺度模型可以充分展示出超导线圈内部（如超导复合股线、绝缘层以及线圈浇筑材料）更多的应力/应变细节,能够更为有效的评估超导线圈中超导复合股线上的应力/应变状态,为超导磁体的设计与分析提供理论依据。通过本文研究,我们初步实现了超导复合磁体埋入式应变测试与结构多场行为表征,特别是力磁耦合行为的有效和精细化分析。相关研究方法与结果可为高场、复杂超导磁体的设计、研制与运行测试提供指导及多场定量分析框架。
张雷达[5]（2020）在《应变光纤Bragg光栅传感器的研制及工业应用》文中研究指明光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）作为一种新型检测元器件,以光信号为测量信源,不受电磁干扰,灵敏度高,具有压电传感器所不具备的独特优势,应用十分广泛。但是在实际应用过程中,由于光纤光栅属于脆性材料,尤其是在复杂工况甚至恶劣的条件下使用时,经常会发生失活、信号啁啾及断裂等现象。因此,裸光纤光栅需要进行恰当的封装保护才可以投入到实际应用中。近年来,纤维复合材料的发展极为迅猛,在军用领域已经得到了很大程度的应用,极大带动了整个复合材料领域的发展,也为复合材料今后的发展指明了方向;如今,纤维复合材料慢慢渗透到民用领域,给国计民生带来了根本性的改变,从碳纤维健身器材到如今的碳纤维衣物,不断改变着人类的认知。碳纤维复合材料与金属材料相比,具有优异的比强度和比模量,在轻量化领域得到较为广泛的应用,新能源汽车的发展日新月异,航空航天领域也在大幅度的增加纤维复合材料的使用比例来减轻自重;此外纤维复合材料铺层顺序可以自行设计,尺寸及厚度可设计的优点使纤维复合材料在多功能材料领域具有极大的应用前景。但是纤维复合材料属于多相混合物体系,物理性能参数大多具有各向异性的特点,由于纤维和树脂基体的热膨胀系数不匹配,固化放出的热量不易导出,制品内部不可避免会产生残余应力,在长期使役过程中,存在损伤不可目测且机理不明确的难题。因此,将碳纤维复合材料和光纤光栅传感器二者有机结合起来,即利用纤维复合材料的优良力学性能作为载体封装保护FBG传感器,提高传感器的成活率及测试精度或利用FBG传感器对温度和应变传感的特性来监测复合材料结构件在制备及使役过程中的状态变化,具有重要的理论意义和实际应用价值。首先,以FBG传感器的封装技术为主要研究内容,按照不同的封装工艺和铺层顺序,制备了三组不同类型的基片式光纤光栅传感器。其中,1#光纤光栅传感器采用单向碳纤维预浸料封装制备;2#光纤光栅传感器采用正交铺层方式进行封装制备;二者均采用热模压法制备成型;3#光纤光栅传感器采用真空辅助灌注工艺制备成型,以玻璃纤维预浸料和玻纤电子布作为主体材料,其中玻璃纤维预浸料基板采用二次固化的方式制备。随后,对上述三组光纤光栅传感器进行应变标定实验,结果表明:在利用模压法制备的两组光纤光栅传感器中,1#传感器的应变传感特性要大大优于2#传感器的,具有较好的应变传递性能;真空辅助灌注工艺制备的3#光纤光栅传感器的应变传感特性最优,具有最小的应变传递损耗,但是层间性能稍差,容易脱粘分层。然后,本文在满足封装准则的基础之上,在碳纤维层合板层间埋入裸光纤光栅传感器,通过热模压固化成型工艺,完成FBG传感器的内植;之后,对内植FBG传感器的碳纤维层合板进行静载实验,结果显示:在静载实验过程中,光纤光栅传感器的应变敏感区域不是标准的圆形,而是呈椭圆状;并且传感器中心波长偏移量与加载点距离、加载载荷大小和加载点角度的变化有很大关系,且FBG传感器的应变响应程度随着加载点距离增加而减小、加载载荷增大而增大、加载点角度增加而增加。最后,将FBG传感器应用到工程实际当中,首先将裸光纤光栅传感器内植于风电叶片模具中,用以监测叶根瓦模具生产过程中的温度和应变演变情况,并在风电叶片模具内型面的表面粘贴一定数量的光纤光栅传感器,与常规的无线激光跟踪仪协同使用,共同监测风电叶片模具型面的变化情况;随后,提出一种提高内植于风电叶片模具中的光纤光栅传感器成活率的技术方案,为智能风电叶片模具提供技术支持。
陈忠丽[6]（2020）在《纤维复合材料结构固化变形过程的有限元模拟及在线监测》文中认为纤维增强树脂基复合材料由于轻质、高强和可设计性好的优势而被广泛应用,尤其是整体化成型技术的发展,使得紧固件的数量大幅下降,在提高结构承载力和密封性的同时降低了成本。可以说高效复合材料的实现依赖于结构的整体化,常见的加筋壁板、蜂窝夹层结构和发动机整流罩等均会采用整体化成型工艺。但复合材料结构件的大型化、整体化也使得固化变形问题更加突出,而探索复合材料结构件的固化变形机理可以为提高复合材料的成型质量和装配精度打下坚实的基础,有助于复合材料的低成本、高质量制造和大范围应用,具有重要的研究意义与价值。本文借助ABAQUS软件及其子程序对复合材料结构件的固化成型过程进行了仿真模拟,通过热传导-化学模型和三维黏弹性本构模型的顺序耦合分析了温度、固化度、应力、应变及变形的时间演变和空间分布规律,并通过与文献和实验结果的对比验证了模型的可靠性。首先,从简单的蜂窝夹芯板入手,为了对其固化成型过程进行光纤光栅监测,在原有成型工艺的基础上增加了预固化过程,结果表明增加预固化过程可使光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）传感器能在一定程度上捕捉到升温阶段的应变。另外,为了研究不同铺层的应变演变与分布规律,在复合材料上面板的0°和90°铺层的不同位置处植入了 FBG传感器,传感器的监测结果表明复合材料面板同一铺层的不同位置处应变差别很小,0°和90°铺层之间的应变相差50 με左右,从整体来看,面板的应变场较为均匀。与上述实验相对应的有限元模拟结果与FBG传感器在线监测的应变结果吻合度为83～93%,有限元分析发现即使上下面板铺层不对称,蜂窝夹芯板也几乎不会发生变形,主要是由于蜂窝芯层对复合材料面板的变形存在约束作用。其次,利用得以验证的有限元模型探索了加强筋的铺层顺序和几何尺寸（倒角半径R、法兰长度Lf和纵梁高度H）对T型结构件残余应力和变形的综合作用,并分析了上述因素对最大应力和变形量的影响程度。在研究的范围内,残余应力S22的主要影响因素为倒角半径和加强筋的铺层顺序,且加强筋铺层顺序的改变不影响最大残余应力随几何尺寸变化的演变规律;对于最大变形量,法兰长度及其铺层顺序的影响最大,其次是倒角半径,而且一旦加强筋的铺层顺序发生改变,最大变形量随法兰长度的演变规律就会受到显着的影响。所以在进行复合材料的应力和变形分析时,需要同时考虑铺层顺序与几何尺寸的作用,不能将二者分割开。最后,在上述研究的基础上,将FBG传感器应用于大型风电叶片叶根瓦模具（瓦形玻璃钢结构件）的固化成型过程监测,并进行了相应的有限元模拟分析,模拟与监测的应变曲线较为吻合。研究发现圆周方向的应变分布不均匀,主要是钢结构的约束作用改变了应变的分布;由于瓦形玻璃钢结构件本身的尺寸大、曲面形状复杂且铺层不对称,所以会产生明显的轴向收缩变形和法兰翘曲变形,其中法兰的翘曲变形更严重,因此,控制瓦形玻璃钢结构件型面精度的关键在于提高法兰的平整度。进一步的研究发现,增加刚性约束可以使瓦形玻璃钢结构件的变形量显着降低,在进行刚性约束设计时,约束区域应尽量均匀分布,且在变形较大的区域需要适当增大刚性约束的作用范围。此外,区别于碳纤维复合材料,玻璃纤维复合材料在第二次恒温阶段的应变往往大于固化结束时的应变,合理利用这个特性来设计固化工艺对于降低玻璃纤维复合材料固化过程的残余应力和应变具有重要意义。
张彦杰[7]（2020）在《基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究》文中认为胶接是一种能提高航天飞行器结构效率和结构破损安全性能的先进连接技术,环氧树脂由于其内聚强度大、粘接强度高等特点,被广泛用于飞机零部件的粘接结构中。近年来,胶接技术在航天领域的应用范围呈持续增长趋势,随着航空制造水平的不断提升,工艺分离面大幅度减少,许多部位的机械连接被共固化、共胶接和二次胶接所替代。然而胶层的固化容易受到环境因素的影响,准确判断胶层的凝胶点、玻璃化转变点及固化度对胶接质量的好坏有非常重要的影响,因此需要发展一种可靠的在线监测技术,以提高粘接工艺的可靠性。本课题的主要目的是研究一种基于激光超声技术的胶层固化监测方法,同时搭建一套灵活性强、适用性广的激光超声检测系统,并利用该系统完成相关的理论及实验研究。论文取得的主要成果包括以下几点:（1）基于双波混合干涉原理搭建了一套适用于非接触移动检测的激光超声检测系统,通过移动探头可以方便快捷地对目标进行检测。在超声波的探测系统中,利用硅酸铋晶体的光折变效应进行超声振动检测,并对干涉仪的相关参数进行了优化。采用高速信号采集卡搭建了用于超声信号实时采集的高速信号采集平台。采用NI-Scope的Lab VIEW程序,以队列数据存储形式,实现了超声信号的快速采集。（2）根据双波混合干涉仪中的光纤结构,分别对单模光纤及多模光纤的耦合效率进行了分析。首先对光纤的结构进行了介绍,说明了全反射条件及光纤内光传播的原理。其次,使用电磁场理论分析了单模光纤的耦合效率,采用几何光学分析考虑了多模光纤的耦合效率。分别考虑了单模光纤与多模光纤在轴向偏移、径向偏移和端面角度倾斜情况下的耦合效率。并计算了由多模光纤引入的模式色散对检测系统的影响。（3）环氧树脂的固化会影响超声波的特征参数,包括声速、振幅以及声阻抗等。根据声速曲线可以分辨出环氧树脂凝胶点及饱和固化阶段。根据复合材料中的波传播路径,利用远场超声建立了下层铝板中振幅与反射系数的关系。同时通过小波变换在时频域对透射波进行了分析,以复Morlet小波为基函数对信号进行分解,并提取了信号的振幅及相位信息,计算了衰减系数及相速度。超声波的吸收衰减与环氧树脂的弛豫特性有关,通过理论分析获得了吸收衰减与频率之间的近似线性关系,同时计算了相速度以评估超声波在环氧树脂中的频散。（4）利用Kramers-Kronig关系推导了超声衰减系数与相速度的关系,并基于衰减系数验证了 Kramers-Kronig关系在环氧树脂固化过程中的适用性,计算了在固化过程中频散度随时间的变化曲线。分别利用超声时域方法、流变仪、差式扫描量热分析（DSC）对环氧树脂的固化过程进行分析,计算了相关参数并探讨了不同方法对固化过程表征的适用性。根据超声时域衰减曲线可以判断出在衰减系数最大值处开始发生玻璃化转变,根据流变仪分析结果可以判断出实验所用环氧树脂体系发生的主要为物理交联。环氧树脂的弛豫特性对频散度有直接影响,本文利用超声在环氧树脂固化过程中频散度的变化曲线建立了固化度的计算模型,并与基于DSC方法的固化度计算模型进行了比较。结果表明,从工业生产角度来看,超声检测在灵敏度方面高于DSC方法,激光超声由于其非接触及灵敏度高的特点,有望发展成为一种工业生产固化在线监测的手段,通过对凝胶点、玻璃化转变点、饱和固化阶段及固化度的判断为实际粘接工艺提供参考。
单一男[8]（2020）在《基于分布式光纤传感的典型结构状态监测研究》文中研究说明工程科学技术领域的快速发展,使如今的航空航天飞行器结构愈加复杂,材料愈加先进,不仅可能带来新的安全问题,同时也使传统的安全问题愈加突出。美国太阳神无人机的空中解体事件表明了,含大展弦比柔性结构的飞行器在飞期间的变形监测具有十分重要的意义。美国哥伦比亚号航天飞机事故表明了绝热层材料脱粘事件的严重后果,而随着国家大力发展可重复使用飞行器,绝热层材料的脱粘在线监测问题变得更加重要。结构损伤一直以来都是飞行器结构安全的主要威胁之一,如今随着失效机理与传统金属材料大不相同的碳纤维复合材料在航空航天飞行器结构上的大量应用,结构损伤缺陷的在线监测具有更多的现实意义。近几年来,研究者们针对这几类结构安全问题开展了一系列的研究,发展了许多结构变形、绝热层脱粘和损伤缺陷的检测手段,但是依然缺乏可靠的结构状态在线监测方法。使用光频域反射原理解调的基于背向瑞利散射的分布式光纤传感器是近20年来出现的新型光纤传感技术的产物,它不仅具有传统光纤传感器的性能特点,同时还具有高空间分辨率和较高的应变测量灵敏度等优点,是用于航空航天飞行器结构状态在线监测的理想工具。本文的目的是发展基于分布式光纤传感器网络的航空航天飞行器典型结构状态监测方法与策略,重点探索基于分布式光纤传感器的结构应变场监测方法、基于分布式光纤传感器网络的结构变形估计方法与技术、绝热层结构脱粘识别方法与技术、结构损伤缺陷监测方法与技术等。文章的研究内容和结果主要包括:（1）建立了悬臂板弯曲问题的哈密顿体系。在哈密顿体系下,各种工况问题归结为了对结构的外载荷,各种边界条件以及边界上的各种外载荷分布等。进一步地,将各工况问题转化为哈密顿正则方程的非齐次项问题,从而得到一般性的问题。通过求解基本问题的本征值和本征解,得到以级数表示的解析解。对级数解的有限截断,将具体问题归结为确定本征解系数问题,即代数方程组的求解问题。从而形成一种辛数值模拟方法。在哈密顿体系下,建立了表面应变与中面应变、曲率和位移等之间的关系表达式。（2）基于表面粘贴及内部埋入两种耦合方式,分别建立了分布式光纤传感器、粘接层、涂覆层和被测结构的多层耦合结构模型。根据力学原理确定出结构应变和光纤应变信息的关系和规律,从而得到结构与光纤的应变传递效率函数表达式。该应变传递效率表示方法不仅归纳总结了线式应变传感器应变传递率的影响因素,还揭示了其变化规律和空间分布特点。（3）研究了分布式光纤传感器的应变监测方法。利用几何非线性结构的应变测量数据,分析了测点标距长度和测点中心距离等核心参数对应变测试数据的影响。讨论了分布式光纤传感器埋入碳纤维复合材料层合板的工艺,并开展了包含固化过程监测和载荷工况下的应变场监测在内的复合材料结构全寿命状态监测研究。讨论了高密度应变信息的成像方法,并在考虑了时间或空间等因素情况下对结构应变场进行了重构。（4）开展了基于高密度应变信息的结构变形估计方法研究,并给出了由分布式光纤传感器应变信息获取弯曲变形结构横向位移的计算公式的有限差分形式。基于悬臂结构弯曲试验的结果分析和讨论了分布式光纤传感器在弯曲问题中测量横向位移误差的原因,提出了结合有限元分析和百分表测量结果的分布式光纤传感器应变测量数据修正策略,并经过试验结果证实,该策略能显着提高分布式光纤传感器测量结构变形的精度。（5）开展了基于分布式光纤传感器的绝热层结构脱粘识别方法研究。根据绝热层结构脱粘对结构基体抗弯截面系数的影响关系,提出了基于应变变化的绝热层结构脱粘识别方法。通过有限元分析和原理性试验结果,制定了合理的绝热层结构脱粘识别策略,通过对含绝热层结构的悬臂板施加弯剪耦合作用力而采集的高密度应变数据,验证了该方法的有效性,且脱粘边界定位精度达到了亚厘米级别。（6）开展了基于分布式光纤传感器的结构损伤识别方法研究,考虑结构损伤缺陷对应变场扰动可识别的极限距离,获取了分布式光纤传感器网络识别结构损伤缺陷的适用范围。通过构造损伤指标,研究了已知结构无损状态信息以及缺少结构无损状态信息情况下的损伤缺陷识别方法。通过试验研究发现,利用分布式光纤传感器网络进行结构损伤缺陷识别,能将裂纹尖端以毫米级的误差进行精确定位。本文的研究成果有助于航空航天飞行器结构的状态监测工程应用,对于提高航空航天飞行器在服役期间的安全性有重要意义。
徐成志[9]（2020）在《基于FBG的变形机翼冲击损伤及形状监测研究》文中进行了进一步梳理变形机翼蒙皮受到的冲击损伤和形状变化是其全寿命过程中的重要监测对象,研究冲击干扰下的形状传感数据处理方法,可提高传感数据的复用效率,有效降低传感网络的复杂度和规模,同时,FBG传感器质量轻、与复合材料相容性好,是一种理想的变形机翼蒙皮传感器选择。本文针对变形机翼技术的发展状况,主要研究了基于FBG的复合材料变形机翼蒙皮冲击损伤及形状监测数据分析方法。首先,通过理论分析,提出了适用于短时冲击传感信号序列分析的频率幅值谱斜率参数,再通过冲击信号模型的参数分析,研究了频率幅值谱斜率的变化规律,从而对频率幅值谱斜率进行低能量冲击能级分类的有效性进行了初步论证。其次,通过研究仿真和实验测试中的冲击信号频率幅值谱斜率变化规律,分析了频率幅值谱斜率进行低能量冲击能级分类的方法。仿真分析结果表明,通过各碳纤维铺层中监测到的短时应变信号频率幅值谱斜率,可有效评估发生冲击的能量大小,实验测试结果表明,对粘贴于复合材料表面的FBG传感器,其短时冲击传感信号频率幅值谱斜率能够实现因冲击距离变化产生的不同冲击能量的评估,能够评估冲击发生的位置信息。最后,通过对冲击与形变信号的分离处理方法研究,提出了一种基于EMD的短时信号序列冲击与形变分离处理方法,利用此处理方法,成功实现了相关实验数据的冲击与形变信号分离,同时,建立了模拟的冲击干扰下变形机翼蒙皮形状监测系统,并对所得形变实验数据成功实现了冲击信号的剔除。
孙亮亮[10]（2019）在《复合材料基体裂纹预测分析与光纤光栅检测研究》文中研究表明基体裂纹是复合材料的基础失效模式之一,在众多失效模式中,基体裂纹通常最早发生,隐藏于材料内部,不易被发现。一般不直接造成复合材料失效,但会使其性能下降,还可能引发其他失效模式,比如层间分层,导致材料的最终失效,具有极大的潜在危害性。因此,研究基体裂纹的检测及其特性,对复合材料结构设计与应用具有重要意义。本文以E-玻纤/2511环氧树脂层合板的基体裂纹为研究对象,针对复合材料基体裂纹研究中一些尚未解决的难点问题展开研究工作,如:检测困难、裂纹间的相互作用、与其他失效模式间的耦合作用、精确预测难度高等。采用FBG传感器,并且基于微观力学、损伤力学和断裂力学理论,借助计算力学手段,通过对复合材料基体裂纹的监测、裂纹引发、扩展和分布及对复合材料性能的影响等方面的研究,获得了基体裂纹的在线监测技术与理论分析方法及具有普适性的仿真计算策略,揭示了基体裂纹的引发机制及其对复合材料性能的影响。主要内容如下:首先针对基体裂纹尺寸小、隐于材料内部,当前没有十分有效的检测手段的问题。提出了FBG基体裂纹在线监测技术,并进行了初步论证。以[01/±θn/01]（θ=30°,45°,60°,90°,n=1,2,3）层合板为研究对象,观测了单轴拉伸试验中θ角铺层基体裂纹的引发与扩展。利用实验观测到的光谱验证了光谱重构方法的准确性。通过对光谱峰型与中心波长两方面的分析,指出了光谱的一般变化规律,裂纹密度与峰宽间及中心波长额外偏移与层合板刚度间的线性关系。奠定了FBG传感器定量监测复合材料基体裂纹的理论基础。其次针对有限元方法计算开裂层合板应变分布过程繁琐的问题,基于最小余能原理,利用变分方法推导了含裂纹层合板的应力应变场及因基体裂纹而导致的刚度退化。使用[01/901]s正交层合板作为案例计算了刚度退化,通过与有限元计算结果的对比,验证了本文提出的半解析方法的正确性。利用本文提出的方法分析了[01/θ2]s（θ=45°,60°,75°,90°）对称层合板的刚度退化和应力应变分布,计算过程体现出该方法的高效性。研究结果表明,裂纹密度较低时,层合板刚度下降较快,极少基体裂纹的存在对层合板刚度有较大影响。然后基于损伤力学理论,利用跨尺度模型研究了[01/90n]s（n=1,2,3）正交层合板横向铺层的基体裂纹引发和扩展以及基体裂纹对复合材料性能的影响。在跨尺度模型中,0°铺层采用宏观模型,90°铺层采用微观模型,纤维离散分布在树脂中。使用二阶损伤张量描述树脂的损伤行为,推导了树脂的损伤本构关系,采用了基于应力的损伤起始判据和基于断裂能的损伤演化判据。在数值模型中,为提高计算效率,忽略了纤维-树脂界面脱粘,被忽略的纤维-树脂界面脱粘采用增加残余应力的方式进行补偿。使用此策略,成功模拟了正交铺层复合材料在单轴拉伸载荷下的基体裂纹引发及扩展,并进行了实验验证。研究结果表明:裂纹引发对残余应力十分敏感,较高的残余应力会提前引发裂纹。引发初期存在多个引发核心及微裂纹,但在较小区域内最终只能形成一条主裂纹,主裂纹对周边小裂纹有抑制作用。最后针对基体裂纹的弥散分布,与分层损伤之间的耦合作用,精确预测难度极高的问题。借助[90n/±45n/90n]（n=1,2）开孔层合板案例,采用XFEM与CZM相结合的方法进行了研究。综合了多种技术手段作为计算策略:预设XFEM增强单元集作为裂纹待引发与扩展区域;将增强单元与常规单元间隔分布,减弱裂纹间的相互作用;CZM单元模拟层间分层;考虑到聚合物基复合材料的塑性行为,借助UMAT编写了正交各向异性的弹塑性本构关系程序;符合Gaussian分布的单元强度分布规律模拟裂纹的先后引发;调整断裂能保证单元刚度退化速率一致等。通过裂纹分布、分层区域、断裂轮廓与断裂强度跟实验结果的对比验证了计算策略的准确性。研究结果表明,仅有最早引发的裂纹能扩展至试样边界,形成最终断裂面。较早产生基体裂纹位置的界面上分层引发也较早。
二、基于折射率变化的复合材料固化在线监测研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于折射率变化的复合材料固化在线监测研究（论文提纲范文）
（1）基于高分子膜/光纤布拉格光栅的CO2气体传感器的研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题概述 |
| 1.2 光纤传感器与光纤光栅 |
| 1.2.1 光纤传感器的分类及特点 |
| 1.2.2 光纤光栅的发展历史和分类 |
| 1.3 气体传感器 |
| 1.3.1 半导体气体传感器 |
| 1.3.2 固体电解质气体传感器 |
| 1.3.3 燃烧催化式气体传感器 |
| 1.3.4 电化学气体传感器 |
| 1.3.5 声表面波气体传感器 |
| 1.3.6 光学气体传感器 |
| 1.4 光纤气体传感器 |
| 1.4.1 传光型光纤气体传感器 |
| 1.4.2 传感型光纤气体传感器 |
| 1.5 二氧化碳气体的检测意义及检测技术 |
| 1.5.1 二氧化碳的危害 |
| 1.5.2 二氧化碳的价值 |
| 1.5.3 二氧化碳的检测技术 |
| 1.6 本课题研究内容与创新点 |
| 第2章 基于光纤布拉格光栅的新型气体传感器的设计 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 光纤布拉格光栅的结构及工作原理 |
| 2.2.1 光纤非栅区处的结构及传输原理 |
| 2.2.2 光纤布拉格光栅的结构及工作原理 |
| 2.3 新型气体传感器的工作机理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于光纤布拉格光栅的新型气体传感器的制备 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 气敏高分子材料的表征 |
| 3.2.1 分子量 |
| 3.2.2 玻璃化转变温度 |
| 3.2.3 溶液粘度 |
| 3.2.4 弹性模量 |
| 3.3 新型气体传感器的制备 |
| 3.3.1 实验设备及材料 |
| 3.3.2 高分子膜的旋涂成型 |
| 3.3.3 传感器的表面及断面形貌表征 |
| 3.3.4 高分子膜的厚度统计分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 传感器响应值的影响因素分析 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 传感器测试系统及实验器材 |
| 4.2.1 传感器的测试系统 |
| 4.2.2 实验器材 |
| 4.3 旋涂工艺参数对传感器响应值的影响 |
| 4.4 传感器的高分子膜厚对传感器响应值的影响 |
| 4.5 温度对传感器响应值的影响 |
| 4.6 湿度对传感器响应值的影响 |
| 4.6.1 传感器在无响应气体变湿度条件下的性能表现 |
| 4.6.2 传感器在不同湿度下纯CO_2环境中的性能表现 |
| 4.6.3 传感器在同一湿度下不同浓度的CO_2环境中的性能表现 |
| 4.6.4 传感器在相同CO_2浓度变湿度环境中的性能表现 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 传感器的综合性能测试与应用拓展 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 实验材料 |
| 5.3 传感器的灵敏度与最小检测限 |
| 5.4 传感器的气体选择性 |
| 5.5 传感器的响应时间与恢复时间 |
| 5.6 传感器的耐久性 |
| 5.7 所研制传感器与同类型传感器的性能对比 |
| 5.8 CO_2在线监测与浓度超限自动报警系统开发 |
| 5.9 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 研究总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（2）单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料升温过程应变场的原位测量和有限元分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 单向纤维增强复合材料热膨胀研究进展 |
| 1.2.1 单向纤维增强复合材料热膨胀实验测量研究进展 |
| 1.2.2 单向纤维增强复合材料热膨胀系数理论推测研究进展 |
| 1.2.3 单向纤维增强复合材料热膨胀研究小结 |
| 1.3 光纤光栅研究进展 |
| 1.3.1 光纤发展历程 |
| 1.3.2 光纤光栅传感技术 |
| 1.3.3 光纤光栅应用于热膨胀测量 |
| 1.3.4 光纤光栅应用于复合材料的热膨胀测量 |
| 1.4 研究现状总结 |
| 1.5 研究目标和研究方案 |
| 1.6 本文研究创新点 |
| 1.7 论文章节安排 |
| 第二章 内埋FBG传感器的单向碳纤维层压复合材料制备 |
| 2.1 实验材料概述 |
| 2.2 预成型体铺层及FBG埋设 |
| 2.3 复合材料成型工艺 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 内埋FBG传感器的单向碳纤维层压复合材料热应变原位测量 |
| 3.1 FBG传感器的结构 |
| 3.2 FBG传感器传感原理 |
| 3.2.1 FBG传感器应变传感原理 |
| 3.2.2 FBG传感器温度传感原理 |
| 3.3 FBG传感器应变—温度交叉敏感效应及其解决方案 |
| 3.3.1 参考FBG法 |
| 3.3.2 双光栅矩阵运算法 |
| 3.3.3 FBG和 LPFG联合法 |
| 3.3.4 光纤光栅熔接法 |
| 3.4 测试平台搭建和软件调节 |
| 3.4.1 测试平台搭建 |
| 3.4.2 软件调节 |
| 3.5 测试过程 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 单向碳纤维层压复合材料热应变原位测量结果分析 |
| 4.1 参考FBG测量结果 |
| 4.2 埋有FBG传感器的试样测量结果 |
| 4.2.1 FBG传感器多峰现象 |
| 4.2.2 复合材料表面和内部热应变原位测量实验结果 |
| 4.2.3 复合材料不同方向热应变原位测量实验结果 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 单向碳纤维层压复合材料有限元模型及数值分析 |
| 5.1 几何模型 |
| 5.2 材料模型 |
| 5.2.1 纤维体积分数 |
| 5.2.2 纱线及均质体热力学性质计算 |
| 5.3 划分网格 |
| 5.4 设置约束 |
| 5.5 有限元模拟结果分析 |
| 5.5.1 复合材料表面和内部热应变有限元结果 |
| 5.5.2 复合材料不同方向热应变有限元结果 |
| 5.5.3 复合材料细观结构热应变分布云图 |
| 5.6 有限元结果与实验测量结果对比 |
| 5.6.1 不同方向对比 |
| 5.6.2 表面和内部对比 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 全文主要工作及结论 |
| 6.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表论文 |
| 致谢 |
（3）特种光栅用于热塑性复合材料成型过程监测的关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 热塑性复合材料成型工艺 |
| 1.3 热塑性复合材料的应用 |
| 1.4 热塑性复合材料监测研究现状 |
| 1.5 课题主要研究内容 |
| 第二章 光纤传感法原理和信号解调技术 |
| 2.1 光纤光栅及其传感原理 |
| 2.2 光纤光栅波长解调技术 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 特种光栅用于热塑性复合材料自动纤维铺放原位成型过程监测 |
| 3.1 光栅用于热塑性复合材料自动纤维铺放原位成型过程的可行性探究 |
| 3.2 特种光栅用于热塑性复合材料自动纤维铺放原位成型过程监测 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 光栅用于复合材料多种成型过程监测 |
| 4.1 热压成型过程监测 |
| 4.2 复合材料液体成型监测 |
| 4.3 基于特种光栅高性能光谱的信号解调技术 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术成果 |
| 致谢 |
（4）超导复合磁体力学性能实验及力磁耦合行为数值研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 超导材料与超导磁体概述 |
| 1.1.1 超导材料的应用及其研究进展 |
| 1.1.2 超导磁体的应用及其研究进展 |
| 1.2 复杂环境下超导磁体力学及多场性能实验表征研究现状 |
| 1.2.1 超导线/带材多场性能实验表征及其多场测试 |
| 1.2.2 超导磁体力学及其多场性能实验及进展 |
| 1.3 超导磁体结构力学及其多场行为的数值研究及其进展 |
| 1.4 高场超导磁体研制中面临的挑战与问题 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第二章 光纤布拉格光栅原理及超导磁体变形测试的软基体光纤光栅的研制 |
| 2.1 光纤布拉格光栅传感原理及发展 |
| 2.2 光纤布拉格光栅应变\温度传感特性 |
| 2.2.1 光纤光栅应变传感特性 |
| 2.2.2 光纤光栅温度传感特性及补偿技术 |
| 2.3 超导磁体变形测试的软基体光纤光栅设计、分析及制作 |
| 2.3.1 软基体光纤布拉格光栅的基本设计 |
| 2.3.2 软基体光纤布拉格光栅应变传递率分析 |
| 2.3.3 软基体光纤布拉格光栅的制作 |
| 2.4 极低温环境下软基体光纤布拉格光栅的实验标定 |
| 2.4.1 标定方法与实验准备 |
| 2.4.2 标定结果与讨论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 几类典型超导磁体运行环境下力学性能实验研究 |
| 3.1 软基体光纤光栅的超导螺线管磁体表面应变测量 |
| 3.1.1 超导螺线管磁体结构 |
| 3.1.2 实验准备与测试 |
| 3.1.3 测试结果与分析 |
| 3.2 埋入式软基体光纤光栅的多层超导螺线管应变测试 |
| 3.2.1 多层超导螺线管磁体结构 |
| 3.2.2 多层超导螺线管磁体应变传感器的埋入技术与工艺 |
| 3.2.3 实验准备与测试 |
| 3.2.4 测试结果与分析 |
| 3.3 埋入式软基体光纤光栅的跑道型超导磁体应变测试 |
| 3.3.1 跑道型超导磁体结构 |
| 3.3.2 跑道型超导磁体应变传感器的埋入技术与工艺 |
| 3.3.3 实验准备与测试 |
| 3.3.4 测试结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 超导复合磁体的力磁耦合行为数值分析 |
| 4.1 超导复合磁体的力磁耦合数值模型 |
| 4.1.1 基本方程与边界条件 |
| 4.1.2 力磁耦合有限元模型 |
| 4.2 多层超导螺线管磁体 |
| 4.2.1 有限元数值模型的建立 |
| 4.2.2 结果分析与讨论 |
| 4.3 跑道型超导磁体 |
| 4.3.1 有限元数值模型的建立 |
| 4.3.2 结果分析与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 超导复合磁体的多尺度模型与力磁行为数值分析 |
| 5.1 超导复合股线的微观结构及其特征 |
| 5.2 正交各向异性多尺度有限元模型 |
| 5.2.1 代表性单元法(RVE)基本理论及其方法 |
| 5.2.2 多层超导螺线管磁体正交各向异性多尺度有限元模型 |
| 5.2.3 跑道型超导磁体正交各向异性多尺度有限元模型 |
| 5.3 精细化多尺度有限元模型 |
| 5.3.1 多层超导螺线管磁体精细化多尺度有限元模型 |
| 5.3.2 跑道型超导磁体精细化多尺度有限元模型 |
| 5.4 结果分析与讨论 |
| 5.4.1 多层超导螺线管磁体 |
| 5.4.2 跑道型超导磁体 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（5）应变光纤Bragg光栅传感器的研制及工业应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光纤光栅传感器 |
| 1.1.1 光纤光栅传感器的发展历程 |
| 1.1.2 光纤光栅传感器的分类 |
| 1.1.3 光纤光栅解调技术 |
| 1.1.4 光纤光栅传感器的优点 |
| 1.2 复合材料与光纤光栅传感器集成的研究现状 |
| 1.2.1 复合材料封装制备FBG传感器 |
| 1.2.2 内植FBG传感器的智能复合材料结构件 |
| 1.3 技术难题 |
| 1.3.1 封装问题 |
| 1.3.2 分布式测量问题 |
| 1.4 结构健康监测发展概况 |
| 1.5 研究内容与创新点 |
| 第二章 光纤光栅基本理论 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 光纤基本结构与传输原理 |
| 2.3 光纤光栅传感原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 复合材料基片式FBG传感器的制备与性能研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 复合材料基片式FBG传感器的制备 |
| 3.2.1 实验材料和装置 |
| 3.2.1.1 实验材料 |
| 3.2.1.2 实验装置 |
| 3.2.2 封装流程 |
| 3.2.3 应变标定实验 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 应变测试结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 FBG内嵌于CFRP层合结构的传感特性研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 内嵌FBG传感器的CFRP智能层合结构的制备 |
| 4.2.1 实验设备及材料 |
| 4.2.2 内嵌FBG传感器的碳纤维层合板的制备 |
| 4.3 传感特性研究 |
| 4.3.1 传感特性与加载距离的关系 |
| 4.3.2 传感特性与加载载荷的关系 |
| 4.3.3 传感特性与加载角度的关系 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 FBG传感器在风电行业中的应用研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 基于FBG传感器的风电叶片模具制造过程在线监测 |
| 5.2.1 实验过程 |
| 5.2.1.1 实验材料和装置 |
| 5.2.1.2 光纤光栅传感器的铺排方案 |
| 5.2.1.3 智能化模具制造 |
| 5.2.1.4 光纤光栅传感器的表贴及变形测试 |
| 5.2.2 实验结果与分析 |
| 5.3 风电叶片模具用的新型FBG传感器设计 |
| 5.3.1 发展背景 |
| 5.3.2 研究内容 |
| 5.3.3 结果讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果所获奖励 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（6）纤维复合材料结构固化变形过程的有限元模拟及在线监测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 引言 |
| 1.1.2 固化变形的产生及控制 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 固化过程的数值模拟研究现状 |
| 1.2.2 固化变形的监测研究现状 |
| 1.3 研究内容及技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术方案 |
| 第二章 复合材料力学理论及有限元模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 复合材料基础力学理论 |
| 2.2.1 复合材料热物理性能公式 |
| 2.2.2 复合材料细观力学 |
| 2.2.3 各向异性材料应力-应变关系 |
| 2.3 黏弹性理论基础 |
| 2.3.1 力学松弛与时温等效 |
| 2.3.2 广义Maxwell模型 |
| 2.4 有限元理论模型 |
| 2.4.1 热化学模型 |
| 2.4.2 黏弹性本构模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 复合材料结构件的固化变形分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 有限元模型验证 |
| 3.3 蜂窝夹芯板固化成型 |
| 3.3.1 有限元模型 |
| 3.3.2 光纤光栅传感器监测实验 |
| 3.3.3 结果分析与讨论 |
| 3.4 T型结构件固化成型 |
| 3.4.1 有限元模型 |
| 3.4.2 铺层顺序与尺寸对应力和变形的综合作用 |
| 3.4.3 铺层顺序与尺寸对应力和变形的影响程度 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 瓦形玻璃钢结构件的成型过程数值模拟与在线监测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 有限元模型 |
| 4.3 光纤光栅传感器监测实验 |
| 4.3.1 实验方案与过程 |
| 4.3.2 实验材料与设备 |
| 4.4 结果分析与讨论 |
| 4.4.1 模拟仿真与在线监测的结果对比 |
| 4.4.2 应变的时间演变与空间分布 |
| 4.4.3 无刚性约束时的变形 |
| 4.4.4 刚性约束时的应力和变形 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（7）基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 胶层固化监测的重要意义 |
| 2.1.1 环氧树脂及其固化过程 |
| 2.1.2 环氧树脂固化监测的意义 |
| 2.2 环氧树脂固化反应常用监测方法 |
| 2.2.1 差示扫描量热法 |
| 2.2.2 流变测试 |
| 2.2.3 热重法 |
| 2.2.4 光纤传感法 |
| 2.2.5 X射线检测法 |
| 2.3 超声技术在环氧树脂固化监测中的应用现状 |
| 2.3.1 超声监测的基本原理 |
| 2.3.2 超声监测的应用现状 |
| 2.4 激光超声检测技术的研究进展 |
| 2.4.1 激光超声技术的特点及应用 |
| 2.4.2 激光超声的激发方法 |
| 2.4.3 激光超声检测方法 |
| 2.5 信号处理方法 |
| 2.5.1 传统信号处理方法 |
| 2.5.2 时频分析方法 |
| 2.6 课题研究内容 |
| 3 激光超声检测系统及其光纤化设计 |
| 3.1 光折变晶体与双波混合干涉 |
| 3.1.1 光折变效应的基本原理 |
| 3.1.2 光折变晶体中的双波混合效应 |
| 3.2 双波混合干涉仪的光纤化设计 |
| 3.2.1 基于光纤结构的双波混合干涉仪 |
| 3.2.2 超声探测系统的参数优化 |
| 3.3 激光超声信号的激发及高速采集系统设计 |
| 3.3.1 激光超声激励系统 |
| 3.3.2 超声信号的高速采集系统 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 双波混合干涉仪中光纤的耦合效率及色散分析 |
| 4.1 光纤的结构及参数 |
| 4.2 单模光纤的耦合效率分析 |
| 4.2.1 光纤耦合效率 |
| 4.2.2 位置偏差损耗 |
| 4.3 多模光纤的耦合效率分析 |
| 4.3.1 多模光纤的传输模式 |
| 4.3.2 空间光到多模光纤的耦合 |
| 4.3.3 多模光纤位置偏差对耦合效率的影响 |
| 4.4 光纤的色散及对超声检测的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 环氧树脂固化过程对超声特征参数的影响 |
| 5.1 激光超声监测环氧树脂固化的实验设计 |
| 5.2 超声波在复合结构内的传播规律研究 |
| 5.2.1 超声波的反射、透射及声阻抗计算 |
| 5.2.2 超声波在金属中的衰减及远场判定 |
| 5.2.3 超声波在环氧树脂中的衰减及频散 |
| 5.3 环氧树脂固化对超声特征参数的影响分析 |
| 5.3.1 环氧树脂固化对超声波速的影响 |
| 5.3.2 环氧树脂固化对声阻抗的影响 |
| 5.3.3 环氧树脂固化对超声波衰减及频散的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于激光超声的环氧树脂固化过程动态分析 |
| 6.1 超声特征参数的Kramers-Kronig关系 |
| 6.1.1 衰减系数与相速度的Kramers-Kronig关系 |
| 6.1.2 基于Kramers-Kronig关系的相速度及频散度计算 |
| 6.2 环氧树脂的固化度表征模型建立 |
| 6.3 环氧树脂的固化行为测试 |
| 6.3.1 基于超声时域方法的固化过程表征 |
| 6.3.2 环氧树脂固化过程的流变测试 |
| 6.3.3 差示扫描量热分析及固化度计算方法 |
| 6.3.4 超声特征参数对固化过程的敏感度分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（8）基于分布式光纤传感的典型结构状态监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 问题提出与研究意义 |
| 1.2 国内外相关研究进展 |
| 1.2.1 结构应变测量常见方法 |
| 1.2.2 结构变形估计常见方法 |
| 1.2.3 绝热层脱粘识别常见方法 |
| 1.2.4 结构损伤在线识别常见方法 |
| 1.3 本文主要研究思路与内容 |
| 1.3.1 论文研究内容 |
| 1.3.2 论文结构 |
| 1.3.3 研究路线与研究方法 |
| 2 板问题中的哈密顿体系理论方法和数值计算方法 |
| 2.1 基本问题 |
| 2.2 矩形板问题边界条件的表述和转换 |
| 2.2.1 矩形板问题边界条件的提法 |
| 2.2.2 非齐次边界条件与齐次边界条件的转换 |
| 2.3 悬臂板问题的哈密顿体系方法 |
| 2.3.1 悬臂板的基本问题 |
| 2.3.2 哈密顿体系和辛本征解 |
| 2.4 板内和表面应变的表达式 |
| 2.5 数值计算方法 |
| 2.6 局部位移计算方法 |
| 2.7 小结 |
| 3 用于结构状态监测的分布式光纤传感器网络设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于背向瑞利散射的分布式光纤传感器传感原理 |
| 3.3 表面粘贴式分布式光纤传感器应变传递规律 |
| 3.4 埋入式分布式光纤传感器应变传递规律 |
| 3.5 分布式光纤传感器网络合理布设策略 |
| 3.5.1 POD理论 |
| 3.5.2 单根分布式光纤传感器布设 |
| 3.5.3 多根分布式光纤传感器布设 |
| 3.6 分布式光纤传感器的布设工艺 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 基于分布式光纤传感器的结构应变场监测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于分布式光纤传感技术的结构应变测量方法 |
| 4.2.1 分布式光纤传感器应变测量系统 |
| 4.2.2 分布式光纤传感器应变测量性能测试 |
| 4.2.3 分布式光纤传感器核心参数 |
| 4.3 基于分布式光纤传感器网络的复合材料板固化监测 |
| 4.4 复合材料板应变场监测试验 |
| 4.4.1 有限元分析 |
| 4.4.2 加载试验 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于分布式光纤传感技术的结构变形估计方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于高密度应变的结构变形估计理论 |
| 5.2.1 基本假设 |
| 5.2.2 基于高密度应变信息的变形计算方法 |
| 5.3 结构变形估计方法的原理性试验验证 |
| 5.3.1 结构变形估计方法的有限元分析 |
| 5.3.2 结构变形估计方法的试验分析 |
| 5.3.3 百分表的测量误差分析 |
| 5.3.4 分布式光纤传感器测量数据的修正 |
| 5.4 基于分布式光纤传感的悬臂板结构变形估计 |
| 5.4.1 实验设置 |
| 5.4.2 分布式光纤传感器测量数据修正方法 |
| 5.4.3 对称载荷下的结构变形估计 |
| 5.4.4 非对称载荷下的结构变形估计 |
| 5.4.5 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 基于分布式光纤应变测量的结构绝热层脱粘识别方法 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于高密度应变信息的绝热层脱粘识别策略 |
| 6.3 基于分布式光纤传感技术的绝热层脱粘识别原理性测试 |
| 6.4 基于分布式光纤传感技术的绝热层脱粘识别方法试验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 基于分布式光纤传感技术的复合材料结构损伤识别方法 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 基于高密度应变信息的结构损伤指标 |
| 7.3 基于损伤指标的结构损伤识别数值验证 |
| 7.4 基于损伤指标的结构损伤识别试验验证 |
| 7.5 基于损伤指标的复合材料翼梢小翼损伤识别 |
| 7.5.1 分布式光纤传感器网络布设 |
| 7.5.2 复合材料翼梢小翼表面应变监测 |
| 7.5.3 基于分布式光纤传感器的翼梢小翼损伤识别 |
| 7.6 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 本文结论 |
| 8.2 创新点摘要 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）基于FBG的变形机翼冲击损伤及形状监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 机翼的损伤检测 |
| 1.2.2 机翼的形状检测 |
| 1.3 课题研究目的 |
| 1.4 研究内容及论文结构安排 |
| 第二章 光纤布拉格光栅传感及冲击响应相关理论研究 |
| 2.1 FBG传感原理 |
| 2.1.1 FBG传感原理 |
| 2.1.2 FBG应力敏感特性 |
| 2.1.3 FBG解调方法 |
| 2.1.4 FBG冲击及形变检测原理 |
| 2.2 复合材料冲击响应的相关理论 |
| 2.2.1 冲击的分类 |
| 2.2.2 低能量冲击损伤的过程 |
| 2.2.3 冲击接触响应的模型 |
| 2.3 冲击响应信号的特性分析 |
| 2.3.1 信号模型与参数选择 |
| 2.3.2 信号特征参数分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于FBG的机翼蒙皮低能量冲击监测仿真与实验研究 |
| 3.1 基于Abaqus的机翼蒙皮低能量冲击仿真研究 |
| 3.1.1 Abaqus有限元分析基础 |
| 3.1.2 基于Abaqus的机翼蒙皮低能量冲击仿真 |
| 3.1.3 仿真结果分析 |
| 3.1.4 仿真信号结果分析 |
| 3.2 基于FBG的机翼蒙皮低能量冲击实验研究 |
| 3.2.1 实验系统建立 |
| 3.2.2 测试信号分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 基于FBG的冲击干扰下机翼蒙皮形状监测研究 |
| 4.1 冲击与形变信号的分离研究 |
| 4.1.1 经验模态分解(EMD)分析 |
| 4.1.2 基于EMD的冲击与形变信号分离处理研究 |
| 4.1.3 基于EMD的冲击与形变信号分离方法研究 |
| 4.2 冲击干扰下的形状监测研究 |
| 4.2.1 面形状重构研究 |
| 4.2.2 实验系统建立 |
| 4.2.3 冲击干扰下的面形状数据分析研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（10）复合材料基体裂纹预测分析与光纤光栅检测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 本文使用的主要符号 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 复合材料失效模式 |
| 1.3 复合材料强度理论 |
| 1.4 复合材料基体裂纹破坏理论 |
| 1.4.1 微观力学方法 |
| 1.4.2 计算力学方法 |
| 1.4.3 协同损伤力学方法 |
| 1.4.4 断裂力学方法 |
| 1.4.5 疲劳裂纹理论 |
| 1.5 本文研究的主要内容及技术路线 |
| 1.6 本文主要创新点 |
| 第二章 FBG定量在线监测复合材料基体裂纹的可行性研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 FBG传感原理 |
| 2.3 传输矩阵法 |
| 2.3.1 栅区长度对重构光谱的影响 |
| 2.3.2 均匀应变场中的重构光谱 |
| 2.3.3 非均匀应变场中的重构光谱 |
| 2.4 复合材料层合板基体裂纹监测实验 |
| 2.4.1 复合材料试样准备 |
| 2.4.2 基体裂纹的实验监测 |
| 2.4.3 基体裂纹监测实验结果 |
| 2.5 FBG光谱与裂纹密度间的关系 |
| 2.5.1 含裂纹复合材料的非均匀应变场的计算 |
| 2.5.2 T矩阵法光谱重构的实验验证 |
| 2.5.3 FBG光谱随裂纹密度的变化规律 |
| 2.6 刚度退化与中心波长的关系 |
| 2.6.1 刚度退化 |
| 2.6.2 中心波长 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 基于变分方法的含裂纹复合材料层合板应力应变及刚度退化分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 [α_m/β_n]_s型对称层合板开裂变分分析方法 |
| 3.2.1 含裂纹层合板的应力函数 |
| 3.2.2 控制方程 |
| 3.2.3 刚度退化方程 |
| 3.3 案例验证 |
| 3.4 刚度退化分析 |
| 3.5 应力分布 |
| 3.6 应变分布 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 基于损伤力学方法的复合材料层合板基体裂纹预测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 损伤力学基础 |
| 4.3 树脂二维损伤本构关系 |
| 4.4 损伤引发与演化规律 |
| 4.5 数值方法与UMAT子程序 |
| 4.6 基于跨尺度模型对层合板性能的预测 |
| 4.6.1 模型建立 |
| 4.6.2 裂纹起始与扩展 |
| 4.6.3 裂纹密度 |
| 4.6.4 横向就地强度 |
| 4.6.5 横向层刚度退化 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 XFEM/CZM耦合方法预测复合材料基体裂纹及其诱导的层间分层 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值模拟方法与策略 |
| 5.2.1 XFEM预测层内横向基体裂纹 |
| 5.2.2 混合模式CZM预测层间分层 |
| 5.2.3 弹塑性本构 |
| 5.3 网格敏感性测试 |
| 5.3.1 XFEM增强单元的敏感性 |
| 5.3.2 内聚力单元的敏感性 |
| 5.4 实验 |
| 5.4.1 DCB实验 |
| 5.4.2 ENF实验 |
| 5.4.3 ±45°铺层压缩实验 |
| 5.4.4 开孔拉伸实验 |
| 5.5 层合板开孔拉伸试验虚拟测试 |
| 5.5.1 塑性应变-有效应力曲线 |
| 5.5.2 模型细节 |
| 5.5.3 横向基体裂纹与分层 |
| 5.5.4 断裂强度 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表的论文 |
| 致谢 |
四、基于折射率变化的复合材料固化在线监测研究（论文参考文献）
- [1]基于高分子膜/光纤布拉格光栅的CO2气体传感器的研制[D]. 周振泽. 山东大学, 2021
- [2]单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料升温过程应变场的原位测量和有限元分析[D]. 杨尚. 东华大学, 2021(09)
- [3]特种光栅用于热塑性复合材料成型过程监测的关键技术研究[D]. 林帆. 东华大学, 2021(09)
- [4]超导复合磁体力学性能实验及力磁耦合行为数值研究[D]. 胡强. 兰州大学, 2020(09)
- [5]应变光纤Bragg光栅传感器的研制及工业应用[D]. 张雷达. 山东大学, 2020
- [6]纤维复合材料结构固化变形过程的有限元模拟及在线监测[D]. 陈忠丽. 山东大学, 2020
- [7]基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究[D]. 张彦杰. 北京科技大学, 2020(01)
- [8]基于分布式光纤传感的典型结构状态监测研究[D]. 单一男. 大连理工大学, 2020(01)
- [9]基于FBG的变形机翼冲击损伤及形状监测研究[D]. 徐成志. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [10]复合材料基体裂纹预测分析与光纤光栅检测研究[D]. 孙亮亮. 武汉理工大学, 2019(01)