基于紅外鎖相熱像的復合結構件應力分析及其實驗研究.pdf

1、隨著結構工程技術與現(xiàn)代材料技術迅猛發(fā)展,特別是滿足航空航天、船舶工業(yè)、汽車工業(yè)及軍工技術等領域的發(fā)展需求,先進連接結構及復合結構件應用越來越多,已逐步成為現(xiàn)代飛機與船舶設計與制造的重要組成部分,大大提高了現(xiàn)代飛機及船舶的性能和使用壽命。先進連接結構與復合材料構件(復合構件)在使用過程的載荷分布合理性對其性能影響至關重要,其結構應力分布不合理、應力集中嚴重及超負荷工作均會使結構及材料的使用壽命降低,甚至造成災難性后果。紅外鎖相熱像技術作為

2、一種先進的檢測手段,顯著提高信噪比,可提取固體材料動態(tài)熱彈性效應的微弱溫度變化,為利用動態(tài)熱彈性效應進行結構應力分析提供了技術支持。基于紅外鎖相熱像的結構應力分析方法既適用于金屬材料,也適用于非金屬材料,具有非接觸、非破壞、單次檢測面積大、實時性好、及檢測速度快等優(yōu)點。因此,研究基于紅外鎖相熱像的連接結構與復合材料構件的應力分析技術,不僅可解決復雜結構及復合構件的應力分析問題,也具有廣闊的應用前景和實際應用價值。本文從固體材料在動態(tài)載荷

3、作用下機(應力或應變)-熱(溫度)耦合關系、測量原理、仿真分析、鉚接構件應力檢測、非絕熱加載條件的應力修正、復合構件應力檢測及其組份識別等方面進行系統(tǒng)深入研究。
　　運用熱彈性力學理論、連續(xù)介質(zhì)彈性力學本構方程和熱力學理論研究了固體材料在動態(tài)交變載荷作用下機(應力或應變)-熱(溫度)耦合關系,并建立基于動態(tài)熱彈性效應的固體材料應力-溫度耦合模型,利用該模型和有限元法分析了材料力學性能與熱物性參數(shù)及加載參數(shù)對應力-溫度耦合關系的影響

4、及規(guī)律,確定了基于動態(tài)熱彈性效應的固體材料應力分析的必要條件。
　　分析了紅外鎖相熱像檢測的信號噪聲誤差,研究了固體材料熱彈性耦合系數(shù)標定方法,并采用紅外鎖相熱像系統(tǒng)標定了Q235鋼與鋁合金2A12的熱彈性耦合系數(shù),在此基礎上進行了鋁合金2A12試件的應力分析試驗研究。
　　研究了基于紅外鎖相熱像的飛機鉚接結構件應力分析技術,分析了不同鉚釘構型對飛機鉚接結構樣件應力分布的影響;分析了非熱絕加載條件對樣件溫度變化及應力水平的影

5、響,建立了非絕熱加載條件下基于紅外鎖相熱像的結構應力檢測與分析修正模型,進而提高了非絕熱加載條件下的應力分析準確性。
　　采用有限元法對動態(tài)交變載荷作用復合材料構件的應力分布進行了分析,通過數(shù)字散斑相關方法試驗驗證了紅外鎖相熱像測量復合材料構件應力分布的準確性,為進一步實現(xiàn)紅外鎖相熱像檢測技術在工程材料結構應力分析的應用奠定基礎。
　　研究了基于紅外鎖相熱像的夾芯復合材料構件的應力分析技術,并建立了基于夾芯復合材料構件不同組