智能材料结构中力与多物理场耦合理论及结构损伤

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1、智能材料结构中力与多物理场耦合理论及结构损伤/断裂理论本研究方向的成员主要基于多物理场理论和超声波相关理论技术，利用新型的微纳米级的铁电功能材料，创新地提出了针对各类材料与结构（尤其是航空材料结构）中的毫米级的损伤进行的检测和监测相关理论与技术。团队形成了较强的凝聚力和良好的学术风气，产生了较高水平的科研成果，以下为研究骨干在近几年以来已完成的代表性阶段成果：（1）超声相控阵损伤检测中PFC换能器的研究项目负责人：骆英研究骨干：王自平、赵国旗、韩伟、虞波研究了PZT、PMN－PT等系统压电陶瓷的组成、制备技术和性能，创新地提出了用有序生长

2、制备技术制造压电纤维复合材料及智能驱动/传感器件的新方法。建立了一种基于新型PFC相控阵超声驱动/传感器件的超声相控阵检测系统，并成功应用于金属结构和混凝土结构的损伤检测，研制了接近国际水平的相控阵超声检测系统的原型机。 PFC片状驱动/传感器  用于金属结构检测的PFC超声相控阵换能器用于混凝土结构检测的超声相控阵换能器d、a、N变化时的指向性分析阵元参数变化时的波场分析 基于PFC超声相控阵驱动/传感器件的相控阵检测结果（2）基于声发射(AE)技术的结构损伤检测方法研究骨干：骆英、顾爱军、AdudrumMarfo、刘红光、欧晓林AE技

3、术作为一项独特的无损检测方法在各工程领域发挥着巨大的作用，在土木工程领域也显示出巨大的潜力。研究了钢筋与混凝土间粘结滑移的声发射特性,并开始应用于预应力混凝土结构、钢结构、玻璃幕墙等结构的无损检测中，研究将数字图像相干法(DIC)与AE监测技术相结合，进一步验证损伤监测的准确性，为工程结构声发射检测中利用AE特性进行损伤识别奠定了基础。      CFRP碳纤维加固混凝土开孔板损伤监测         桥梁声发射检测声发射与DIC检测方法比较试验装置基于Gabor小波变换理论的声发射无损检测及信号处理技术   a)          b)

4、c)d)利用DIC方法测得的水平应变场判断混凝土裂缝的形成和扩展a)、b)、c)，应变场的演化，d)宏观裂缝（3）基于新型应变梯度传感器的结构损伤监测技术项目负责人：骆英研究骨干：徐晨光、李康、桑胜、王晶晶、李兴家在近10年跟踪前沿研究新型铁电功能材料及智能器件的基础上，揭示微米级挠曲电材料的力/电能量转换关系，基于微米级挠曲电结构对微损伤尖端附件的应变梯度极其敏感的特性，研制用于监测结构损伤的新型应变梯度传感器，实现在线监测损伤导致的应变梯度，进而达到超前监测结构中应力集中区域损伤的萌生。基于新型应变梯度传感器的结构损伤监测（4）基于机

5、电阻抗法的结构健康监测技术项目负责人：许伯强研究骨干：徐桂东、徐晨光、来锴研究了激光超声波在不同介质中的激发、传播机理。针对传统高频机电阻抗（EMI）方法只能定性评价损伤，创新地提出研制具有高精度的自适应功能的定量EMI结构微损伤快速监测系统。利用谱有限元（SEM）逆算法由监测系统中的导纳变化提取结构损伤程度及位置，实现了既能精确定位又能精确评价损伤程度的目标。形成了新的EMI微损伤监测技术及相关理论。（5）发光光弹性涂层（LPC)法在应变分析中的应用项目负责人：花世群在理论上对一种只含有发光染料的单层发光光弹性涂层结构采用斜射方法应变分

6、离进行了分析，提出对激发光波斜入射发光光弹性涂层时，通过对分析镜转动过程中所采集到的总发光信号强度进行正弦拟合进而获取涂层面内次主应变差的方法，是既适用于平面物体又可应用于具有三维复杂几何结构物体处于静态或动态加载条件下的应变测量技术。图像采集装置图径向压缩圆盘图像采集结果（6）基于叠加偏移成像技术的混凝土结构损伤检测技术项目负责人：骆英研究骨干：顾建祖、李忠芳、王自平、周春杰借鉴地球物理勘探中偏移成像理论创新地建立了工程结构无损检测中的叠前偏移成像检测理论与相关技术，构建了可在单面检测、高分辨率，可视化显示结构内部缺陷形状、大小和方位的

7、无损检测技术。实验装置 叠前偏移成像技术对混凝土三种类型缺陷的检测成像（7）新型形状记忆合金智能复合材料的力学性能项目负责人：朱玉萍研究骨干：于凯、师涛、顾云玲、王元兵分析了铁磁形状记忆合金在力场、温度场和磁场等多场耦合作用下的力学行为和诱发机理，基于细观力学的理论和热力学原理，通过选取适当的状态变量，建立该智能材料在多场耦合时的力学本构模型，得到了一些定量的结论，为磁控形状记忆合金的设计和使用提供理论依据。图1.8晶体奥氏体相和四方马氏体变体示意图模型预测曲线与实验数据比较磁场作用下结构总位移等值线图（8）复杂材料中的裂纹问题项目负责人

8、：王钟羡研究骨干：张艳青、谢弋琴、鲍金秋主要研究弹性体中曲线裂纹的应力场和应力强度因子，研究的弧长坐标法使得曲线裂纹问题的计算变得简单和有效，丰富了应力强度因子手册，扩大了断裂力学在工程中的应