智能涂层传感器监测裂纹的工程适用性

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1、试验研究智能涂层传感器监测裂纹的工程适用性白生宝１，肖迎春１，刘马宝２，黄博１，李明１（１．中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力／疲劳航空科技重点实验室，西安７１００６５；２．西安交通大学航天航空学院，西安７１００４９）摘要：根据智能涂层传感器的工作原理及技术特点，设计了多种航空常用铝合金材料试验件；对其工程适用性进行试验，为智能涂层传感器的在线工程应用奠定了基础。结果表明：传感器能顺利捕捉到结构的疲劳裂纹，传感器电阻值的变化能反映裂纹扩展趋势。关键词：智能涂层；裂纹；工程适用性中图分类号：ＴＰ２１２．６；ＴＧ１１５．２８文献标志码：Ａ文章编号：１０００６６５６（２０１５）

2、０１００４２０３犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犃狆狆犾犻犮犪犫犻犾犻狋狔狅犳犕狅狀犻狋狅狉犻狀犵犆狉犪犮犽犫狔犛犿犪狉狋犆狅犪狋犻狀犵狊犛犲狀狊狅狉１，犡犐犃犗犢犻狀犵犮犺狌狀１，犔犐犝犕犪犫犪狅２，犎犝犃犖犌犅狅１，犔犐犕犻狀犵１犅犃犐犛犺犲狀犵犫犪狅（１．ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｕｌｌＳｃａｌｅＡｉｒｃｒａｆｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＦａｔｉｇｕｅ，ＡｉｒｃｒａｆｔＳｔｒｅｎｇｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａ，Ｘｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃ

3、ｅ，ＸｉａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｓａｍｐｌｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｍａｒｔｃｏａｔｉｎｇｓｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｓｍａｒｔｃｏａｔｉｎｇｓｓｅｎｓｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄａｎｄｔｈｅｇｒｏｕｎｄｉｎｇｗｏｒｋｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｏｎｂｏａｒｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｍａｒｔｃｏ

4、ａｔｉｎｇｓｓｅｎｓｏｒｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｎｂｅｓｅｉｚｅｄｂｙｔｈｅｓｍａｒｔｃｏａｔｉｎｇｓｓｅｎｓｏｒｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｍａｒｔｃｏａｔｉｎｇｓｓｅｎｓｏｒｓｃｈａｎｇｅｓａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：Ｓｍａｒｔｃｏａｔｉｎｇｓｓｅｎｓｏｒ；Ｃｒａｃｋ；Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ［１］飞机结构疲劳试验的主要目的之一就是获得常规无损检测方法都需要大量的时间

5、进行大结构关键部位疲劳裂纹形成和裂纹扩展特性。因范围扫查，对人难以检测的部位要分解工件的结构此，必须重视飞机结构疲劳试验中损伤的早期监测。进行检查，以确定裂纹位置和长度，且很难达到预飞机结构疲劳试验是通过常规应变片系统实期的试验目的。同时，常规无损检测技术最大的缺时监测结构关键部位的应变状态，损伤出现的位置点是不能实时监测裂纹的扩展。和时间必须依据预先的应力分析、疲劳分析以及统结构健康监测技术是指通过现代传感器和通计规律作出判断，再实施无损检测程序。信技术，采集被监测组件的工作参数，对其进行分预先分析的准确程度依赖力学模型的准确性析和识别，再通过计算机技术进行处理，从而对结［

6、２］以及元件试验的可靠性，以前检测到缺陷的位置和构维护、管理提出有效地指导。缺陷特征的经验只具有统计特征。因此按预先分智能涂层是一种新型的健康监测技术，可实现析确定的检测间隔和部位实施无损检测程序可能关键部位的裂纹萌生和扩展动态监控。关于智能会漏检。涂层的概念和范畴，张良界等把智能涂层定义为：是一种人造的、能对某一外部刺激，如温度、应力、应变或环境，有选择地提供（作出）最佳反应的涂层收稿日期：２０１４０３３０［３］系统。２００９年，加拿大、日本先后研制了智能涂基金项目：中航工业技术创新基金资助项目（２０１３Ｆ６２３４８Ｒ）作者简介：白生宝（１９７９－），男，高级工程师，主

7、要从事飞机结构层传感器，用于监测结构疲劳裂纹的萌生和健康监测技术研究。扩展［４－５］。４２２０１５年第３７卷第１期白生宝等：智能涂层传感器监测裂纹的工程适用性笔者针对西安交通大学航天航空学院研制的结构如图３所示，厚度为５ｍｍ。疲劳试验时对所智能涂层传感器特点，设计了多种航空常用铝合金安装智能涂层传感器的功能及网络能力进行验证，材料试验件，对其工程适用性进行了试验验证。试验件及智能涂层传感器安装示意图如图４所示。１智能涂层传感器原理及监测系统构成智能涂层传感器工作原理是：利用纳米技术对飞机上广泛使用的高性