文档介绍：中图分类号:TB332 论文编号:1028701 13-S041
学科分类号:080104
硕士学位论文
内埋光纤复合材料层合板
力学性能研究
研究生姓名冯海心
学科、专业工程力学
研究方向工程问题的力学建模与仿真计算
指导教师周光明教授
南京航空航天大学
研究生院航空宇航学院
二О一三年三月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Aerospace Engineering
Research on Mechanical Properties of
Composite Laminates with Embedded
Optical Fiber
A Thesis in
Engineering Mechanics
by
Feng Haixin
Advised by
Prof. Zhou Guangming
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
March, 2013
承诺书
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进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和
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(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
在复合材料中埋入光纤传感系统从而形成智能材料结构,它的研究和开发是现在国内外研
究的热门问题。光纤智能材料结构能够实时在线地监测复合材料内部的变化,实现对材料结构
寿命的预测。然而埋入的光纤不仅起到感知材料内部变化的作用,还需要承受一定的载荷。除
此之外,预埋光纤还会在一定程度上影响材料的连续性和完整性。因此,光纤与复合材料之间
力学性能相互影响的问题不容忽视。
本文以内埋光纤的碳纤维复合材料层合板为例,分别采用试验和有限元方法,研究了光纤
埋入后对复合材料层合板力学性能的影响,研究主要包括以下内容:
(1)借助电子显微镜,观察埋入光纤后复合材料层合板的界面形貌,得到预埋光纤对于复
合材料层合板细观结构的影响。
(2)分别对预埋光纤和未预埋光纤的两类层合板进行了拉伸、弯曲及压缩性能试验,通过
试验数据得到了内埋光纤对于材料力学性能的影响。
(3)根据显微镜观察的结果,针对不同的光纤直径、位置、数量、以及层合板铺层方式研
究光纤与基体材料之间的几何关系,建立了有限元细观模型,进行了拉伸、弯曲及压缩性能的
有限元分析,预测了内埋光纤复合材料层合板的力学性能,并和试验结果进行对比分析,验证
有限元模型的正确性。
(4)利用界面元模拟内埋光纤复合材料层合板中形成的界面,针对弯曲情况建立有限元模
型进行分析,得到界面受载后的损伤过程。
关键词:复合材料层合板,光纤,细观结构,力学性能,有限元法,界面元
本文的研究工作在南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室完成。
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内埋光纤复合材料层合板力学性能研究
ABSTRACT
posite, which is to introduce optical fiber senor into fiber-posite, has
drawn great attention both at home and abroad. This new material has great advantages in monitoring
fatigue and damage inside posite, which is of great importance in real-time structural health
monitoring and structure life forecasting. Although, ideally, embedded optical fiber serve