土木工程中CFRP构件的涡流热成像损伤检测方法研究

基本信息
批准号:51408071
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:杨瑞珍
学科分类:
依托单位:长沙学院
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:彭旺虎,雷鸣,文俊,刘涛,张倚天
关键词:
碳纤维复合材料涡流热成像结构健康监测损伤检测
结项摘要

Research and application of Carbon Fiber Reinforced Polymer (hereinafter referred to as CFRP) is increasingly getting more and more attention, based on its excellent physical and mechanical properties. And health condition and security of CFRP structures have become a crucial problem needed to be more focused on. However, the existing technologies in CFRP damage detection and structural monitoring haven’t form effective methods yet. As a visualized detecting method, Eddy Current Thermography (hereinafter referred to as ECT) can provide an effective way to detect the degeneration and damage condition of CFRP in structural members promptly. Firstly, the project will study the mechanisms of multi-physics coupling and thermal anomalies generation in ECT test of CFRP material to get influence of different damage on monitoring coefficients; secondly, mechanical properties of CFRP small specimen will be tested while ECT method will be used to get related datum, based on which the relationship of stress and temperature induced by eddy current will be established, to provide general method for the monitoring and detection of stress changes and the development of damage in CFRP members using ECT method; finally, static and dynamic tests of typical CFRP members or CFRP reinforced structural members will be conducted, aiming at constructing detection and monitoring method of complex CFRP structural members under different loading condition. The project achievements will provide an efficient and reliable technology for in service detection and health monitoring of crucial CFRP structural members.

由于具有优异的物理力学性能,碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)在土木工程中的研究越来越受到重视,其相关结构的健康状况和构件的安全性也逐渐成为不可忽视的问题。然而,目前无有效的CFRP损伤检测与结构健康监测手段。涡流热成像检测技术能够提供一种有效检测手段,及时监测CFRP构件的性能退化与损伤状态。首先,项目拟研究CFRP材料在涡流热成像检测中的多物理场耦合和热异常产生机理,得到不同损伤属性对监测参数的影响;其次,通过力学试验及对应的监测信号信息挖掘与处理,得到CFRP材料属性与涡流感应温度之间的对应关系,为CFRP结构中应力与损伤检测提供共性方法;最后,对典型的CFRP构件及加固构件进行静力和动力试验,进一步建立复杂构件在不同受力状态下的损伤检测方法。项目研究成果可为CFRP关键结构构件的在役检测和健康监测提供一种有效而可靠的手段。

项目摘要

由于具有优异的物理力学性能,碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)在土木工程中的研究越来越受到重视,其相关结构的健康状况和构件的安全性也逐渐成为不可忽视的问题。然而,目前无有效的CFRP损伤检测与结构健康监测手段。涡流热成像检测技术能够提供一种有效检测手段,及时监测CFRP构件的性能退化与损伤状态。项目“土木工程中CFRP构件的涡流热成像损伤检测方法研究”的主要研究内容包括CFRP材料的多物理场耦合和热异常产生机理、监测信号信息挖掘与处理、CFRP材料属性与涡流感应温度之间的对应关系、以及脱粘分层及分层等损伤检测方法等,在项目执行过程中,突破了电磁热多物理场建立、检测信号处理与特征提取、大容量序列数据的快速处理等关键技术,解决了缺陷对CFRP多物理场的影响规律、检测信号的物理本质和参数分离、CFRP 构件损伤与破坏机理等问题,建立了选择性加热和体积加热的涡流热成像检测理论与方法,在时域、对数域和频域对温度信号进行了信号处理和特征提取,采用多模式红外热成像对碳纤维布CFS加固混凝土界面粘接缺陷(面积100 mm2)进行了检测,采用选择性加热涡流热成像检测方法对碳纤维复合材料试件上能量分别为6, 8, 10和12 J的撞击损伤进行了检测,采用体积加热的涡流热成像检测技术对CFRP预制分层缺陷(面积100 mm2,深度1 mm)进行静态检测试验,分别建立了碳纤维复合材料脱粘、分层及撞击缺陷的检测方法。发表SCI论文11篇,会议论文2篇,合作培养3名研究生,授权发明专利1项。项目研究成果可为CFRP关键结构构件的在役检测和健康监测提供一种有效而可靠的手段。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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