低温复合材料贮箱结构健康监测方法

摘要

复合材料已经广泛应用在航空航天领域，成为箭体结构的主要用材之一，由于复合材料的优异性能，用碳纤维复合材料制备可重复用飞行器的燃料贮箱成为近些年各航空大国的研究重点。为了保证低温复合材料贮箱的安全运行、降低维护成本，针对复合材料贮箱其特殊的超低温环境，本文设计并制作了一种能应用于低温下的结构健康监测传感系统，通过超声导波损伤成像方法成功的对低温复合材料进行损伤识别。其主要研究内容如下:
　　首先总结了结构健康监测领域的研究现状，介绍了超声导波的传播理论和复合材料低温贮箱的损伤识别方法。通过低温实验和常温实验对比了四种胶粘剂(DW-1、Hysol(@)EA9395、Hysol(@) EA9396和Araldite)的力学性能，测试了压电传感器PZT-5A在低温下共60天的阻抗值，实验结果表明:选用Araldite可以作为低温结构健康监测粘接传感器的胶层，选用的压电传感器PZT-5A可以在低温下保持良好的耐久性。
　　设计了一种柔性传感阵列，并介绍了两种柔性传感器阵列的安装工艺方法，利用柔性传感阵列可以在常温下对铝板进行的损伤识别，在低温下对柔性传感阵列收发导波性能进行了测试，验证了这种柔性传感阵列的低温可行性。
　　应用所设计的传感系统，在低温下对复合材料板进行了超声导波损伤诊断实验，实验结果表明:应用柔性传感阵列结合Araldite胶层作为传感系统，结合超声导波识别成像方法，可以识别低温复合材料板中不同程度的损伤。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究思路与内容

2 基于超声导波的低温贮箱健康监测方法

2．1 复合材料失效

2．2 基于超声导波的损伤识别方法

2．2．1 超声导波传播理论

2．2．2 损伤因子诊断成像法

2．3 小结

3 低温环境传感器系统性能表征

3．1 低温下传感器及胶层性能表征

3．1．1 胶层力学性能表征

3．1．2 低温下胶层拉伸剪切强度

3．2 低温环境下压电传感器及胶层耐久性

3．2．1 传感器电学性能表征

3．2．2 实验设置

3．2．3 实验结果与讨论

3．3 低温条件下传感器收发导波性能

3．3．1 实验设置

3．3．2 实验结果

3．4 小结

4 低温环境下传感器系统设计

4．1 柔性传感器阵列

4．1．1 传感器安装方法

4．1．2 柔性传感器阻抗性能测试

4．2 柔性传感器阵列损伤识别实验

4．2．1 实验过程

4．2．2 实验结果与讨论

4．3 柔性传感器阵列低温性能测试

4．4 小结

5 低温环境下超声导波损伤诊断实验

5．1 实验设置

5．2 实验步骤

5．3 实验结果与讨论

5．4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢