發(fā)布時(shí)間：2018-03-28 09:29

  本文選題：三維編織復(fù)合材料　切入點(diǎn)：碳納米管線　出處：《天津工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：論文以三維編織復(fù)合材料健康監(jiān)測(cè)為研究方向,使用碳納米管線作為傳感器嵌入三維編織復(fù)合材料,建立一種新的基于碳納米管線傳感器的三維編織復(fù)合材料健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中,碳納米管線和三維編織復(fù)合材料相互結(jié)合的整體模型以及碳納米管線自身模型特征的研究成為健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)之一。本論文闡述了碳納米管線傳感器同三維編織復(fù)合材料相結(jié)合的方法,主要包括貼附材料表面監(jiān)測(cè)、軸向嵌入材料內(nèi)部監(jiān)測(cè)和編織嵌入材料內(nèi)部監(jiān)測(cè)。在貼附材料表面監(jiān)測(cè)的方法中,提出"網(wǎng)格結(jié)構(gòu)"的設(shè)計(jì)模型,根據(jù)貼附式網(wǎng)格結(jié)構(gòu)布局和算法設(shè)計(jì),定義網(wǎng)格模型的碳納米管線狀態(tài)表達(dá)式和網(wǎng)格模型的交點(diǎn)表達(dá)式,為未來碳納米管線傳感器對(duì)材料表面監(jiān)測(cè)的進(jìn)一步研究工作提供理論基礎(chǔ)。在軸向嵌入材料內(nèi)部監(jiān)測(cè)的方法中,分別介紹了將碳納米管線以三維五向、全五向、六向三種不同方式軸向嵌入到三維編織復(fù)合材料內(nèi)部的具體方法。在分析應(yīng)力源、應(yīng)力波特征的基礎(chǔ)上,提出基于"人工免疫"智能算法的傳感器優(yōu)化配置技術(shù),它能提高搜索碳納米管線傳感器最優(yōu)位置的收斂速度,同時(shí)較好的保持傳感器對(duì)全局的覆蓋率,節(jié)省傳感器的軸向嵌入數(shù)量。和其它智能優(yōu)化算法相比,.免疫算法在保證快速收斂的同時(shí)較好地保持了種群的多樣性,能有效克服諸如"早熟"收斂陷入局部搜索的問題。在編織嵌入材料內(nèi)部監(jiān)測(cè)的方法中,首先,設(shè)計(jì)出一種基于"矩陣論"的預(yù)制件中碳納米管線空間節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法,依此利用C#語(yǔ)言開發(fā)實(shí)現(xiàn)了一款名為Matrix3DBraid 1.0的圖形可視化計(jì)算機(jī)仿真程序,該程序具有批量計(jì)算所有紗線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的能力,同時(shí)實(shí)現(xiàn)全體節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)存儲(chǔ)。其次,根據(jù)仿真程序MatriX3DBraid1.0輸出的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),可以制作節(jié)點(diǎn)空間坐標(biāo)列表,從而可以得到某根碳納米管線傳感器L的各個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo),利用Bezier.和B樣條曲線對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維空間擬合可以得到L的空間表達(dá)式,并對(duì)空間表達(dá)式L求定積分計(jì)算出三維編織復(fù)合材料中碳納米管線的長(zhǎng)度S;再次,通過試驗(yàn)比較三維編織復(fù)合材料中碳納米管線空間表達(dá)式L的測(cè)量值和模擬仿真值,給出誤差分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果,進(jìn)而驗(yàn)證該理論方法的有效性。通過研究碳納米管線在三維編織復(fù)合材料健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的嵌入模型及特征,網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型、軸向分布式優(yōu)化配置、編織嵌入式空間表達(dá)式L和長(zhǎng)度S,這些都將為課題組未來進(jìn)一步研究三維編織復(fù)合材料損傷源定位、損傷程度評(píng)估等科研工作奠定重要的工作基礎(chǔ),對(duì)繼續(xù)開展基于碳納米管線傳感器的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究工作具有重要意義。
[Abstract]:In this paper, the health monitoring of 3D braided composites is studied, and carbon nanotubes are used as sensors to embed 3D braided composites. A new 3D braided composite material health monitoring system based on carbon nanopipeline sensor is established. The research on the integral model of carbon nanopipeline and 3D braided composite material and the characteristics of carbon nanopipeline model has become one of the most important technical links in the health monitoring system. In this paper, carbon nanotubes are described. A method of combining linear sensors with three-dimensional braided composites, It mainly includes surface monitoring of adhesive material, internal monitoring of axial embedded material and internal monitoring of woven embedded material. In the method of surface monitoring of adhesive material, the design model of "grid structure" is put forward. According to the attached grid structure layout and algorithm design, the carbon nanopipeline state expression of grid model and the intersection point expression of grid model are defined. This paper provides a theoretical basis for the further research of carbon nanopipeline sensors on the material surface monitoring. In the method of axial embedded material internal monitoring, the carbon nanopipelines are introduced in three dimensional five direction, all five direction. Based on the analysis of stress source and characteristics of stress wave, the optimal sensor configuration technology based on "artificial immune" intelligent algorithm is proposed. It can improve the convergence speed of searching the optimal position of the carbon nanopipeline sensor, while keeping the global coverage of the sensor. Save the number of axial embedding sensors. Compared with other intelligent optimization algorithms, the immune algorithm can ensure fast convergence while keeping the diversity of the population. It can effectively overcome the problem of "premature" convergence falling into local search. In the method of internal monitoring of braided embedded materials, a method of calculating the coordinates of space nodes of carbon nanopipelines in prefabricated parts based on "matrix theory" is designed. Based on this, a graphical visual computer simulation program named Matrix3DBraid 1.0 is developed by using C # language. The program has the ability to calculate the coordinates of all the yarn nodes in batches, and to store the coordinates of all the nodes at the same time. According to the node coordinates output from the simulation program MatriX3DBraid1.0, we can make a list of node space coordinates, and then we can get the coordinates of each node of a carbon nanopipeline sensor L. Using Bezier. and B-spline curves to fit these nodes in three dimensional space, the space expression of L can be obtained, and the length of carbon nanopipeline in 3D braided composite material can be calculated by calculating the integral of the space expression L. The measured values and simulation results of the space expression L of carbon nanopipelines in 3D braided composites are compared, and the statistical results of error analysis are given. By studying the embedded model and characteristics of carbon nanopipeline in 3D braided composite material health monitoring system, the mesh structure model, the axial distributed optimal configuration, the proposed method is proved to be effective. The space expression L and length S of braided embedded materials will lay an important foundation for the future research work of 3D braided composite materials, such as location of damage source, damage degree evaluation and so on. It is of great significance to continue the research work of health monitoring technology based on carbon nanopipeline sensor.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TS106.6;TB33

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本文編號(hào)：1675737