复合材料结构损伤多尺度定量诊断研究

摘要

复合材料在大飞机、风电等装备上广泛应用,但是纤维断裂、基体开裂、脱粘分层等损伤将会导致灾难性破坏,复合材料结构安全性评估与在线损伤识别受到极大关注.复合材料结构的形变及损伤过程贯通宏观(macroscopic)到细观(microscopic)多个尺度,为了实现损伤类型和程度的定量诊断,必需研究其多尺度损伤特性.本项目旨在研究基于通用单胞细模型建立复合材料多尺度损伤分析方法,提出复合材料损伤定量识别方法.建立了能够精确分析复合材料非线性变形的高精度通用单胞模型，利用快速重构算法，考虑纤维形状、热残余应力和弱界面等细观结构与损伤情况，提高了对复合材料宏观性能的预测，进一步联合宏细观尺度性能，构建了复合材料多尺度损伤模型，提出了基于细观组分原位强度的复合材料强度改进预测方法。)提出了基于逐点概率重构算法的复合材料损伤识别方法，能够将损伤状态以层析谱图的直观方式进行呈现;为解决复合材料结构损伤扩展定量化诊断，引入稀疏重构方法，提出一种裂纹延展识别的稀疏追踪算法，成功用于裂纹延展方向与长度的识别;通过基于光纤光栅应变传感网络、压电晶体传感网络构建了复合材料损伤监测实验平台，以及小型风电复合材料叶片损伤识别实验平台，验证了本项目提出的损伤诊断方法的有效性。