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复合材料加筋板屈曲过程全场光学检测

詹乐昌  
【摘要】:碳纤维增强复合材料因其高比强度和比刚度的特性广泛适用于航空航天结构设计中,复合材料多为薄壁结构而易发生屈曲,这些结构的屈曲模态一般都由有限元分析得到,很少能在试验中记录下来。本文利用数字投影条纹技术实时记录了复合材料加筋板压缩屈曲过程的形貌,进一步得到结构屈曲演化过程,将该技术作为一种有效的检测方法应用于航空航天领域。 利用具有全场实时、非接触测量、测试系统结构简单及光学测量分辨率高等优点的数字投影条纹形貌测量方法进行光学测量,可以实时检测物体表面形貌的演化过程。在本文的光学形貌测量系统中,结合现代高速发展的计算机技术,生成亮度与黑白对比度比较高的虚拟正弦光栅条纹,可以结合试样大小形貌来自由方便的选择光栅周期和对比度,并利用投影仪来投影,可以自动控制投影,方便的实现相移。这样使得系统能适应不同的几何尺寸,整体操作变得非常方便,从而提高了光测形貌系统的测量精度,扩大了它的应用范围。 基于数字条纹投影技术三维测量方法的基本原理的基础上,针对传统结构系统标定法中存在的问题,对传统结构标定方法进行了改进,采用最小二乘法拟合标定,提高了系统的测量精度。实验使用四幅正弦相移条纹图像循环投影到正交筋增强的复合材料层合板上,采用相移法实时监测层合板在压缩过程中的形貌变化过程。 测量结果显示复合材料层合板在各个正交增强网格内出现局部屈曲波包,在端部附近网格内表现为波峰,而在中间附近网格内显示为波谷。指定位置的挠度分析可知,在整体试样弯曲的基础上,网格内的局部屈曲挠度随载荷而增加。 结合加筋板形貌时间序列屈曲模态演化过程,通过对加筋板的结构稳定性和强度分析,发现壁板在试验的最大载荷下,加筋条间层合板出现局部屈曲,但是没有发生强度破坏,结果表明测量数据有利于探讨复合材料加筋板破坏机理及失效模式。


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