考虑温度和载荷效应的复合材料胶接结构健康监测技术研究

Adhesive bonding is one of the important methods for composite joints. With the increased demands on the lightweight, high durability and economy of new aircrafts, the use of adhesive structure is increasing, and gradually transfers from the sub-bearing structure to the main bearing one. However, the bonding strength is relatively weak, and also has large dispersion. Structural health monitoring based on distributed sensor arrays is a revolutionary innovation that ensures the integrity of the adhesive structures. The complex environmental condition is one of the biggest obstacles to the application of the technology in practice. Based on the dynamic model of the monitoring system and the mechanism of the debonding damage induced nonlinear ultrasonic effect, this project focuses on the development of a nonlinear ultrasonic method to monitor and evaluate the adhesive structure under temperature and load conditions in real time. The project will promote the structural health monitoring technology in practical applications, and make a useful exploration in the assurance of structural integrity and reliability.

胶接是复合材料层合板连接的重要形式之一。随着新型飞行器对轻量化、高耐久性和经济性等方面的需求不断提高，胶接结构的使用量日益增加，并逐渐从次承力结构向主承力结构转移。但是胶接部位强度相对较弱，且强度离散性较大。以分布式传感器阵列为基础的结构健康监测是确保胶接结构完整性的革命性创新技术，但复杂的环境条件是制约该技术在实际中应用的最大阻碍之一。针对这一问题，本项目基于监测系统动力学响应模型，以及脱粘损伤非线性效应机理等方面的研究工作，拟采用超声非线性效应的方法，实现胶接结构在温度和载荷变化条件下的实时在线监测，并形成相关的监测技术和评价方法。为推动结构健康监测技术在工程中的应用，保障结构完整性和可靠性方面做出有益的探索。

随着新型飞行器对安全性、经济性、舒适性等方面的需求不断提高，先进复合材料结构的使用量日益增加，并逐渐从次承力结构向主承力结构转移。但是复合材料结构层间或不同结构间的胶接强度相对较弱，且强度离散性较大。以分布式传感器阵列为基础的结构健康监测是确保先进复合材料结构完整性的革命性创新技术，但复杂的环境条件是制约该技术在实际中应用的最大阻碍之一。本项目聚焦这一问题，在压电元件-结构系统的动力学模型、复合材料结构主被动损伤监测和传感器可靠性等方面开展了研究，提高了复合材料结构损伤监测技术的环境适应性。同时，开展了复合材料胶接结构强度分析方面的研究，以结构损伤监测结果作为输入，可实现复合材料胶接结构剩余强度的连续监控和评价。本项目中取得的研究成果对于先进复合材料结构损伤监测技术的发展具有一定的意义，提出并部分解决了该技术在应用中所面临的关键性问题，在保障结构完整性和可靠性方面做出了有益的探索。