基于紅外鎖相熱像的復(fù)合結(jié)構(gòu)件應(yīng)力分析及其實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著結(jié)構(gòu)工程技術(shù)與現(xiàn)代材料技術(shù)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(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展需求,先進(jìn)連接結(jié)構(gòu)及復(fù)合結(jié)構(gòu)件應(yīng)用越來越多,已逐步成為現(xiàn)代飛機(jī)與船舶設(shè)計(jì)與制造的重要組成部分,大大提高了現(xiàn)代飛機(jī)及船舶的性能和使用壽命。先進(jìn)連接結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料構(gòu)件(復(fù)合構(gòu)件)在使用過程的載荷分布合理性對其性能影響至關(guān)重要,其結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布不合理、應(yīng)力集中嚴(yán)重及超負(fù)荷工作均會使結(jié)構(gòu)及材料的使用壽命降低,甚至造成災(zāi)難性后果。紅外鎖相熱像技術(shù)作為

2、一種先進(jìn)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(yīng)的微弱溫度變化,為利用動態(tài)熱彈性效應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析提供了技術(shù)支持?；诩t外鎖相熱像的結(jié)構(gòu)應(yīng)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(shí)時性好、及檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)。因此,研究基于紅外鎖相熱像的連接結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料構(gòu)件的應(yīng)力分析技術(shù),不僅可解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)及復(fù)合構(gòu)件的應(yīng)力分析問題,也具有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)際應(yīng)用價值。本文從固體材料在動態(tài)載荷

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

4、及規(guī)律,確定了基于動態(tài)熱彈性效應(yīng)的固體材料應(yīng)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(biāo)定方法,并采用紅外鎖相熱像系統(tǒng)標(biāo)定了Q235鋼與鋁合金2A12的熱彈性耦合系數(shù),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了鋁合金2A12試件的應(yīng)力分析試驗(yàn)研究。
　　研究了基于紅外鎖相熱像的飛機(jī)鉚接結(jié)構(gòu)件應(yīng)力分析技術(shù),分析了不同鉚釘構(gòu)型對飛機(jī)鉚接結(jié)構(gòu)樣件應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測與分析修正模型,進(jìn)而提高了非絕熱加載條件下的應(yīng)力分析準(zhǔn)確性。
　　采用有限元法對動態(tài)交變載荷作用復(fù)合材料構(gòu)件的應(yīng)力分布進(jìn)行了分析,通過數(shù)字散斑相關(guān)方法試驗(yàn)驗(yàn)證了紅外鎖相熱像測量復(fù)合材料構(gòu)件應(yīng)力分布的準(zhǔn)確性,為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)紅外鎖相熱像檢測技術(shù)在工程材料結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　研究了基于紅外鎖相熱像的夾芯復(fù)合材料構(gòu)件的應(yīng)力分析技術(shù),并建立了基于夾芯復(fù)合材料構(gòu)件不同組