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1、第18卷 第3期宇 航 学 报Vol.18No.31997年7月JOURNALOFASTRONAUTICEJul.1997应用少量短电阻应变丝布置的3损伤评估智能材料结构袁慎芳 陶宝祺(南京航空航天大学智能材料与结构研究所·南京·210016) 摘 要 智能材料结构是一门新学科,它越来越引起不同学科研究者们的兴趣,本文研究采用电阻应变丝为传感元件,人工神经网络为处理辨识器的损伤评估智能复合材料结构,提出并实施了一种少量短电阻应变丝的传感元件布置方法,用以对结构中损伤或大应变的区域和级别进行在线评估。主题词 智能材料结构 电阻应变丝 损伤评估 人工神经网络 布置方法DAMAGESELF-DI
2、AGNOSTICSMARTMATERIALANDSTRUCTUREUSINGSHORTELECTRICRESISTANCEWIREARRAYYuanShenfangTaoBaoqi(SmartMaterialandStructureInstituteofNanjingUniversityofAeronautics&Astronautics·Nanjing·210016)AbstractSmartmaterialandstructureisanewsubjectwhichcauseinterestofresearchersfromdifferentresearchareas.Themainre
3、searchobjectofthisarticleisdamageself2diagnosticsmartmaterialandstructureusingelectricresistancewiresassensorsandartificialneuralnet2workasdiagnosticvehicle.Aarrangementmethodofseveralshortresistancewirearrayisputforwardandusedtodiagnosethedamageoflargestrainpositionandgrade.KeywordsSmartmaterialan
4、dstructureElectricresistancewireDamageself2diagnoseArtificialneuralnetworkArrangementmethod1 引言智能材料结构是当前研究的一个热点,它可分成两种类型,即嵌入式和本征型,前者是在基体材料中嵌入具有传感、动作和控制处理功能的三种原始材料,利用传感元件采集和检测外界环境的信息,控制处理器能指挥驱动元件执行相应的动作,后者则材料微结构本身就具有智能功能,能够随着环境和时间改变自己的性能,例如自滤波玻璃等。智能材本文于1995年6月26日收到3自然科学基金资助项目第3期袁慎芳等:应用少量短电阻应变丝布置的损伤评
5、估智能材料结构97料结构可如下定义:将具有仿生命功能的材料融合于基体材料中,使制成的构件具有人们期望的智能功能,这种结构称为智能材料结构。在本文的研究中,采用电阻应变丝为传感元件,将其以丝的形式埋入复合材料中,形成智能复合材料结构,对其损伤进行在线评估。2 电阻应变丝在智能复合材料中的应用依据及工作原理实践表明,应变电阻测量技术具有以下优点:1)灵敏度高,测量速度快,结果精确、可靠、稳定;2)易于实现测试过程的自动化和多点同步测量、远距测量和遥测;3)应变丝小量轻,不改变测试对象的原有应力状态;4)可进行静、动态和瞬态应变测量,可测频带宽;5)运用范围广,可在高温、高压、高速、旋转和具有放射
6、性干扰等特殊条件下进行测量;6)易于进行各种补偿,使用方便。由于电阻应变测试技术具有这些优点,它已广泛地应用于各个领域。电阻应变丝在智能材料结构中的应用也是依据了上述特点:形小质轻,则埋入材料后对材料原有的性能产生很小影响,电阻应变丝直径只有几至几十微米,很容易同复合材料耦合。电阻应变丝还有一非常重要的优点,也即性能稳定,价格低廉,这是其他传感器,特别是光纤传感器所不如的。因此,应用它作智能材料结构的传感元件对于智能材料结构的早日实用化是有较大意义的。3 电阻应变丝与复合材料结构的耦合研究电阻应变丝埋入复合材料以后,其输出是否能真实反映其所承受的应变,有关点式应变片埋入复合材料结构中,能在材
7、料受载直到破坏前,有效地反映被测应变的报导已有很多。这些文献指出埋入应变片后皆不会降低材料的原有强度及其它机构性能。T1B1Salzano在梁、圆棒试件及管状试件中,进行了长电阻应变丝的试验。试验结果表明无论是在悬臂梁、简支梁、棒状、管状试件中,埋入的长电阻应变丝的输出与表面粘贴的应变计的测量结果相差不超过6%、与理论计算的结果相差不超过16%。与理论计算相差较大,主要是因为试验中的支承并非理想的理论计算中的
