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碳纤维复合材料轴管孔状损伤识别与定位研究
| 论文题名： | 碳纤维复合材料轴管孔状损伤识别与定位研究 |
| 关键词： | 碳纤维增强复合材料轴管;孔状损伤识别;孔状损伤定位;神经网络 |
| 摘要： | 碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic，CFRP）轴管与传统的金属材料轴管相比，具有轻质高强、刚度大、耐腐蚀、抗高温等优异性能，目前已广泛应用于风力发电、轨道列车、航空航天等领域。然而，CFRP轴管结构件在服役期间经常会受到各种弯曲载荷的作用，产生肉眼难以发现的损伤，对结构的健康状态造成严重威胁。因此，利用结构健康监测技术对CFRP轴管进行损伤识别与定位研究具有十分重要的意义。 本文以承受弯曲载荷的CFRP轴管为研究对象，分析其损伤特征与应变分布的关系，以分布式光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）传感器为关键组件构建CFRP轴管损伤识别与定位系统，结合神经网络进行损伤识别与定位研究，并通过实验验证了CFRP轴管孔状损伤识别与定位的准确性。本文的主要研究内容概述如下： 首先，结合复合材料力学相关理论，借助ABAQUS有限元仿真软件分别对不同健康状态的CFRP轴管进行三点弯载荷及悬臂梁载荷仿真分析，研究了孔状损伤对CFRP轴管带来的应变变化影响。 其次，阐述了基于BP神经网络的CFRP轴管损伤识别与定位原理；探究了FBG传感器对CFRP轴管孔状损伤的应变敏感范围，并以此为依据构建了CFRP轴管分布式FBG传感网络；确立了获取CFRP轴管应变信息训练集与应变信息测试集的加载方式与加载位置，结合传感网络构建了CFRP轴管损伤识别与定位神经网络模型，并通过仿真应变数据对该模型的准确性进行了验证。 最后，根据实际工况环境建立了CFRP轴管损伤识别与定位实验系统，阐述了该系统实现损伤识别与定位的原理；制备了CFRP轴管试验件并介绍了制作流程，阐述了FBG传感器表面粘贴与埋入工艺；对CFRP轴管试验件进行了相关实验，分析了孔状损伤在不同弯曲载荷作用下造成的应变变化与孔状损伤位置的关系；将实验所得应变数据训练集与损伤信息输入神经网络，得到了CFRP轴管损伤识别与定位神经网络模型；将通过随机加载点得到的应变数据测试集输入神经网络模型，输出结果可准确指明损伤所在区域，证实了CFRP轴管孔状损伤识别与定位的准确性。 |
| 作者： | 乐声远 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 丁国平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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