基于压电信号的复合材料疲劳寿命评估方法

作     者：肖玉善 吴振 任晓辉 

作者机构：西北工业大学航空学院 西安航空学院机械工程学院 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2024年第41卷第9期

页      面：4870-4881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：国家自然科学基金(12172295) 

主　　题：复合材料 剩余刚度 疲劳 PVDF压电薄膜 疲劳评估 随机森林回归 

摘      要：复合材料结构应变特征随着疲劳加载发生变化，因此本文尝试实时监测疲劳周期内复合材料结构的应变特征信号，通过应变信号评估结构疲劳寿命。然而已有研究表明，电阻式应变片在长时间动态测试中经常出现提前疲劳失效，不适合疲劳全周期内应变信号采集。为此，具有高耐疲劳性的新型聚偏氟乙烯压电薄膜(PVDF)被用于采集复合材料结构疲劳特征信号。通过在碳纤维增强树脂基复合材料(T700/9A16)层合板表面粘贴PVDF薄膜，获取层合板疲劳过程中的压电信号。基于压电效应，将表征疲劳损伤状态的应变信息转化为PVDF压电信号输出。基于试验生成的压电信号数据库，采用随机森林回归算法高效地建立压电信号与复合材料层合板疲劳循环次数之间的关联。通过不同循环次数下的PVDF压电信号可以准确预测试验件的实际疲劳加载次数，实现了对复合材料结构疲劳状态的有效评估。