埋入式光纤智能复合材料传感与力学性能研究

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1、中图分类号：TP212论文编号：102870118-S117学科分类号：080402硕士学位论文埋入式光纤智能复合材料传感与力学性能研究研究生姓名朱路佳学科、专业测试计量技术及仪器研究方向智能材料与结构指导教师刘荣梅副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonSensingandMechanicalPropertiesofEmbedde

2、dOpticalFiberSmartCompositematerialsAThesisinMeasuringandTestingTechnology&InstrumentsbyZhuLuJiaAdvisedbyAssociateProf.LiuRongMeiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方

3、外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要在复合材料中埋入光纤传感器形成的光纤智能复合材料不仅可以发挥复合材料本身原有的力学性能，还能长期实时在线监测复合材料结构内部的变形及损伤情况，被广泛应用于航空航天、土木工程、海洋船舶等领域。然而将光纤传感器埋入复

4、合材料后会形成“眼状”结构界面，该界面的存在不仅会在一定程度上破坏复合材料原有的力学性能，同时也会影响传感器自身的应变传感性能。基于此，本文对“眼状”结构界面下的光纤应变传感性能以及复合材料的力学性能展开研究，研究内容主要为以下几个方面：（1）对国内外光纤传感器在复合材料中的应用现状进行综述，建立“眼状”结构下的应变传递几何模型，将整体结构分为光纤层、涂覆层、树脂层和复合材料基体四部分，并采用合理假设，从理论上对埋入式光纤的应变传递率进行公式推导。（2）对影响应变传递率的光纤埋入长度、涂覆层弹性模量、传感器尺寸等因素展开分析，利用ANSYS有限元

5、分析软件对光纤应变传递进行数值仿真，将有限元计算得到的数值解与理论解对比分析。（3）设计制作应变传递实验所需的拉伸试件，进行应变传递实验研究，将实验得到的数据与理论计算结果进行对比和误差分析，同时在制作应变传递试件的过程中对环氧树脂的固化成型过程进行在线监测。（4）针对光纤埋入位置、复合材料铺层方向、埋入光纤数量等因素分别建立有限元模型，分析各因素对复合材料弯曲性能和拉伸性能的影响，为埋入式光纤智能复合材料的制作提供指导依据。关键词：光纤传感器，复合材料，应变传递，有限元分析,环氧树脂，固化监测I埋入式光纤智能复合材料传感与力学性能研究ABSTR

6、ACTThesmartcompositematerialswithopticalfibersensorembeddedinsidenotonlypossesstheirmechanicalproperties,butalsocanmonitorthedeformationanddamageofcompositestructuresinreal-time.Itiswidelyusedinaerospace,civilengineering,marinevesselsandotherfields.However,an’eye-shape’interf

7、aceisformedwhentheopticalfibersensorisembeddedincompositematerials.Theexistenceof’eye-shape’interfacewillinfluenceboththeoriginalmechanicalpropertiesofcompositesandthesensor'sownstrainsensingperformance.Inthispaper,theperformanceoffiberopticstrainsensingandthemechanicalproper

8、tiesofcompositesarestudied.Themainachievementsarelistedasfollows:(1)