FRP补丁式分层无损检测新方法的实验研究

论文摘要

随着科学技术的发展,FRP复合材料在实际工程中得到越来越广泛的应用,但此类结构或构件会因为其内部出现分层或与其他材料表面剥离（利用FRP进行加固）而造成材料失效的结构或构件的破坏。传统的无损检测方法有设备昂贵、操作繁琐、效率低下等缺点。所以,本课题采用一种利用光纤传感技术对FRP的分层进行无损检测的新方法,此方法的原理是通过对FRP分层梁进行加载,有分层时梁的变形量不同于无分层时梁的变形量,通过二者比较,确定分层的大小及其位置。本课题是通过实验研究来证明此方法的可行性和验证理论研究的正确性。采用马赫-泽德光纤干涉仪来检测梁的变形量,采用软胶榔头在梁上逐点加载,对位移输出图数据处理和分析,确定分层的大小与位置,将实验结果与理论结果作比较,为今后的实际工程应用提供参考依据。由于简单支撑与连续支撑是两大极端情况,故选择这两种边界条件进行分析。光纤位置可粘贴在梁表面或埋置在梁中性层,分类组合实验后得到了位移输出曲线变化规律,验证此方法对FRP进行无损检测的实验可行性。本文研究内容及其研究成果主要包括以下几个方面:1)对于连续支撑条件下的梁,光纤埋置在中性层,在无分层条件下位移输出值为零,在有分层条件下两端位移输出值较小,在分层处位移曲线曲率发生突变。增加分层长度会使分层检测性提高,能确定分层的大致位置和大小;改变光纤埋置位置,只要加载线在分层上方,就能确定分层的大致位置,光纤离分层越远,其可测性减弱。改变加载线位置,加载线在分层上方时检测效果最佳,在分层边缘处会出现位移输出正负反向,不在分层上输出几乎为零。将位移输出曲线与理论中积分应变曲线作比较,两者整体趋势基本一致,验证了理论研究的正确性。2)对于简单支撑条件下的梁,光纤埋置在中性层,与连续支撑梁相比,其整体位移输出值增大,由于整体变形较大,分层对干涉仪输出的影响不够明显。但位移曲线整体变化趋势与理论积分应变曲线一致。同条件下增加分层长度,分层可测性随之增加,分层很小时检测效果不佳。加载线位置从分层上方到分层边缘,再到不在分层上,分别出现位移输出正负反向,曲率突变点增多,无曲率突变三种现象。最优加载线位置为分层上方。3)对于连续支撑条件下的梁,光纤粘贴在梁上表面,两端位移输出最大,位移输出曲线得到的分层长度比实际设置分层长度小一些。位移输出整体变化与光纤埋置在中性层时相同,虽然检测效果在同等条件下要差一些,但依然能确定分层大致位置。为以后在实际工程中应用提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.3 研究的主要内容
• 第2章 利用光纤传感器检测FRP 分层的方案及实验验证
• 2.1 引言
• 2.2 无损检测新方法简介
• 2.2.1 无损检测新方法的原理
• 2.2.2 实验仪器及材料
• 2.2.3 FRP 叠合板试件制作
• 2.2.4 光纤埋置方法和位置
• 2.2.5 叠合板实验
• 2.2.6 INTERFEROMETERS 软件操作简介
• 2.2.7 分层可测性研究
• 2.3 本章小结
• 第3章 连续支撑条件下光纤埋置在中性层的补丁式分层梁的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 分层大小对可测性的影响
• 3.2.1 光纤埋置0mm 线分层上方加载
• 3.2.2 光纤埋置分层边缘线分层上方加载
• 3.2.3 光纤埋置0mm 线分层边缘加载
• 3.2.4 光纤埋置分层边缘线分层边缘加载
• 3.3 光纤埋置位置对可测性的影响
• 3.4 加载线位置对可测性的影响
• 3.5 实验结果与理论结果对比
• 3.6 本章小结
• 第4章 连续支撑条件下光纤粘贴在表面的补丁式分层梁的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 分层大小对可测性的影响
• 4.2.1 光纤粘贴表面0mm 线分层上方加载
• 4.2.2 光纤粘贴表面边缘线分层上方加载
• 4.2.3 光纤粘贴表面0mm 线分层边缘加载
• 4.2.4 光纤粘贴表面边缘线分层边缘加载
• 4.3 光纤粘贴位置对可测性的影响
• 4.4 加载线位置对可测性的影响
• 4.5 实验结果与理论结果对比
• 4.6 本章小结
• 第5章 简单支撑条件下光纤埋置在中性层的补丁式分层梁的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 分层大小对可测性的影响
• 5.2.1 光纤埋置0mm 线分层上方加载
• 5.2.2 光纤埋置分层边缘线分层上方加载
• 5.2.3 光纤埋置0mm 线分层边缘加载
• 5.2.4 光纤埋置分层边缘线分层边缘加载
• 5.3 加载线位置对可测性的影响
• 5.4 实验结果与理论结果对比
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢