基于印刷感应层电学成像的蜂窝夹层结构损伤识别与评估

作     者：周登 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭树祥

授予年度：2022年

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] 

主      题：蜂窝夹层结构 冲击后压缩 印刷感应层 电学成像 稀疏正则化算法 损伤识别与评估 

摘      要：蜂窝夹层结构以其优异的性能在航空航天领域得到广泛应用,但其在使用过程中不可避免地会遭受损伤,特别是冲击造成的损伤对其强度有显著的影响,严重威胁结构安全。因此,应用结构健康监测技术对蜂窝夹层结构中的损伤进行及时监测与评估,对提高结构的使用安全性具有重要的意义。本文基于现代电子印刷技术,提出采用石墨烯导电碳油墨和银浆油墨在蜂窝夹层结构表面印刷制备智能感应层,结合电学成像技术对低速冲击损伤进行识别,并将识别结果反馈给剩余强度预测模型对损伤进行评估的技术方法。本文的主要研究工作有:(1)设计和制备了蜂窝夹层结构试验件,对其进行不同能量的落锤冲击试验并统计损伤模式,再进行压缩试验获得冲击后压缩剩余强度分布规律。通过有限元软件建立含损伤蜂窝夹层结构的模型,进行渐进损伤分析并与试验结果进行对比,验证剩余强度预测方法的正确性和有效性。(2)设计印刷感应层,并建立含损伤感应层电学分析的数值模型获取仿真数据。通过传统的Tikhonov正则化算法和三种基于L1范数的稀疏正则化算法分别进行电学成像,对比选出损伤图像重建效果最好的Spa RSA稀疏正则化算法来对冲击损伤进行成像识别。(3)通过丝网印刷技术在蜂窝夹层结构表面制备印刷感应层,并于对结构冲击前后在感应层中注入微小电流获取边界电压变化。对测量数据进行分析,使用Spa RSA稀疏正则化算法重建感应层电导率变化的图像,将损伤信息可视化。对重建结果进行二值化处理,提取损伤轮廓并拟合后导入有限元模型进行渐进损伤分析,预测冲击后的压缩剩余强度。实验和数值仿真结果验证了所提出的损伤成像识别与剩余强度评估相结合的技术方法的可行性与有效性。