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应用光纤声发射传感器对复合材料进行损伤检测

作　者: 郝俊才
导　师: 冷劲松
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 声发射 锥形光纤耦合器 光纤传感器 损伤检测
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 399次
引　用: 3次
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内容摘要


先进复合材料结构因具有较高的比强度和比刚度以及良好的抗疲劳性和成形工艺性,被广泛应用于航空、航天、建筑、交通等方面。但同时复合材料在物理和机械性能方面表现为各向异性,且在使用过程中可能受到外界各种复杂载荷作用,而使复合材料结构产生各种不同类型的损伤,这些损伤将对复合材料结构的安全使用和寿命造成极大的威胁和影响。针对这一问题,研究复合材料结构健康监测新方法具有重要的现实意义。传统的复合材料的无损检测方法已经越来越不适应于检测损伤复杂的复合材料,因此本文提出用新型光纤声发射传感器来检测复合材料损伤的方法。这种传感器是基于锥形光纤耦合器制作而成的,具有成本低、结构简单、灵敏度较高等优点。为进行复合材料损伤检测,本文主要完成以下内容:研制了基于熔锥形光纤耦合器的声发射传感器,采用熔锥法制作了锥形单模光纤耦合器,通过大量实验,研究了锥形耦合器的结构对光纤传感器灵敏度的影响,得出了一定的规律;分析了光纤声发射传感器的工作原理,并应用断铅法对光纤传感器进行了标定,标定结果表明:光纤声发射传感器具有较高的灵敏度;进行了复合材料单层板的拉伸实验,并分别用光纤传感器和压电传感器进行了拉伸时的声发射检测,试验得到了复合材料层板破坏的声发射波形,并研究了复合材料板的损伤模式和声发射信号之间的关系,同时也初步用于压力容器的声发射检测,为进一步评定复合材料的损伤类型提供了有益的参考。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题研究的目的和意义  8-9
  1.2 复合材料无损检测的方法及特点  9-12
  1.3 国内外研究现状  12-14
  1.4 本文的主要研究内容  14-15
第2章 光纤声发射传感器原理  15-22
  2.1 光纤传感器的组成、原理及特点  15-17
    2.1.1 光纤的组成及光波的传播特性  15
    2.1.2 光纤传感器的基本组成  15-16
    2.1.3 光纤传感器的原理  16-17
    2.1.4 光纤传感器的特点  17
  2.2 光纤传感器的分类  17
  2.3 光纤声发射传感器  17-21
    2.3.1 光纤声发射传感器结构  18
    2.3.2 光纤声发射传感器工作原理  18-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章 熔锥形光纤耦合器的制备  22-28
  3.1 光纤耦合器的作用及分类  22-23
    3.1.1 光纤耦合器的作用  22
    3.1.2 光纤耦合器的分类  22-23
  3.2 光纤耦合器的性能参数  23
  3.3 光纤耦合器的材料  23
  3.4 光纤耦合器的制备方法  23-24
  3.5 熔锥形单模光纤耦合器制作  24-27
    3.5.1 耦合器制作设备与设施  24-25
    3.5.2 熔融拉锥工作原理  25
    3.5.3 耦合器制作工艺  25-27
    3.5.4 试验制作的耦合器  27
  3.6 本章小结  27-28
第4章 光纤声发射传感器的标定  28-38
  4.1 传感器的特性  28-29
    4.1.1 传感器的静态特性  28-29
    4.1.2 传感器的动态特性  29
  4.2 声发射传感器标定方法  29-32
    4.2.1 玻璃毛细管破裂法  30
    4.2.2 铅笔芯断裂法  30-31
    4.2.3 电火花标定法  31
    4.2.4 几种方法比较  31-32
  4.3 光纤声发射传感器的标定  32-37
  4.4 本章小结  37-38
第5章 复合材料的损伤检测  38-51
  5.1 声发射技术的基本原理与特点  38-40
    5.1.1 声发射检测原理  38-39
    5.1.2 声发射技术检测特点  39-40
  5.2 声发射信号分析  40-41
    5.2.1 声发射信号波形分析法  40
    5.2.2 声发射信号特征参数分析法  40-41
  5.3 复合材料声发射源表征  41-43
  5.4 复合材料层板拉伸试验  43-48
    5.4.1 试验准备  43-44
    5.4.2 试验结果与分析  44-48
  5.5 复合材料压力容器试验  48-50
  5.6 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-56
攻读学位期间发表的学术论文  56-57
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  57
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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