大跨距复合材料结构弯曲载荷监测及定位方法

作     者：闫东东 胡宇博 郎利辉 秦成伟 张三敏 李勇 YAN Dongdong;HU Yubo;LANG Lihui;QIN Chengwei;ZHANG Sanmin;LI Yong

作者机构：北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中车唐山机车车辆有限公司唐山064000 

出 版 物：《中国机械工程》 (China Mechanical Engineering)

年 卷 期：2023年第34卷第18期

页      面：2257-2267页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：河北省科技计划(21312201D) 

主　　题：复合材料结构 大跨距 弯曲载荷 载荷定位 载荷监测 

摘      要：针对复合材料构件服役过程中载荷监测需求及其面临的实时监测问题,将光纤光栅(FBG)传感器粘贴于碳纤维复合材料表面,用于测量碳纤维复合材料应变,通过建立应变与载荷大小、加载位置理论模型,实现了碳纤维复合材料所受弯曲载荷大小及加载位置的监测,为复合材料服役过程超载警示提供方法与技术支撑。在复合材料构件弯曲载荷作用下,首先对比了有限元分析应变值与理论计算应变值,验证了有限元分析模型的有效性,然后对比了FBG传感器监测应变值与理论计算值之间的误差,最后结合FBG监测应变值计算出复合材料所受弯曲载荷的大小及位置。结果表明:中心载荷作用下,FBG监测应变值与理论计算值最大误差不超过16.22%,载荷大小误差最大不超过10.37%,载荷位置误差最大不超过2.83%;偏心20 mm载荷作用下,FBG监测应变值与理论计算值最大误差不超过10.69%,载荷大小误差最大不超过13.89%,载荷位置误差最大不超过5.70%。