土木工程的发展

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土木工程的发展/2010年/文章
特殊的问题

民用建筑结构健康监测:从实验室到字段

把这个特殊的问题

研究文章|开放获取

体积 2010年 |文章的ID 598458年 | https://doi.org/10.1155/2010/598458

Fabrizia Ghezzo安东尼·f·斯塔尔,David r .史密斯, 集成网络传感器和电子复合材料的结构健康监测”,土木工程的发展, 卷。2010年, 文章的ID598458年, 13 页面, 2010年 https://doi.org/10.1155/2010/598458

集成网络传感器和电子复合材料的结构健康监测

学术编辑器:Piervincenzo里索
收到了 02年9月2009年
修改后的 2010年2月24日
接受 2010年3月29日
发表 06年6月2010年

文摘

低成本、广泛的可用性和健壮的本质目前电子设备建议创建一个复合结构的可行性与集成网络传感器实时监控公民的生活和航空航天结构在服务条件。结构需要生存在不同load-environmental条件下大量的生命周期,这是至关重要的强度,刚度,耐力,和一般的承载功能复合不严重退化的综合网络组件。因此,必须开发设计工具来实现优化,安全,可靠的结构。高应力值浓度由于存在严格的设备在一个高度各向异性材料可以触发起爆的微裂隙树脂矩阵。量化这些影响,声发射技术用于描述microfailures叠层复合材料内的起始集成电子产品。

1。介绍

复合结构的健康监测和民事和航天应用程序组件已成为主要的兴趣在过去几十年。微电子工业的进步很明显显示进步的成功实现更小的芯片和传感器尺寸的消耗更少的能量,同时增加了处理和功能。然而,这些夹杂物可能会影响当地的纤维增强聚合物的完整性和主人的耐受性的限制材料的这些设备必须量化。对结构性能的影响嵌入式传感器在主机组合可能关注的对象。夹杂物的存在导致材料和几何不连续造成的不必要的压力浓度影响刚度的降低,材料的整体性能。出于这个原因,努力投入到添加监控功能复合材料却并没有使建筑的结构完整性打折扣。强调这些研究的重要性,简要回顾文献,包括第一个历史和重大贡献在这一领域是必要的。这些贡献是总结表1


作者 设备集成 材料研究 主要发现和结论

Warkentin,考利19911] 电路在硅片 石墨/环氧树脂复合材料 没有面内力学性能的变化。减少15%的材料强度。
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模拟应变仪聚酰亚胺薄膜膜大小:10.16毫米 5.08毫米0.127毫米
准各向同性Fiberite T300/976或Fiberite APC-2石墨复合材料 微不足道的影响在单轴压缩强度和三点弯曲。
霍尔,博伊德
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光纤传感器(FO)直径100 - 200毫米 单向和准各向同性石墨层压制品 失败并不发起附近的光纤传感器。没有嵌入式传感器灵敏度是准各向同性情况下,横向强度降低。
Sirkis,辛格1994年(4] 光纤传感器(FO) 石墨复合材料 光学显微镜和云纹干涉法在材料的应变状态没有显示出扰动与嵌入式FO。休息的材料及其厚度影响的结果。
辛格,Vizzini 1994 (5] 模拟执行器(玻璃切片) AS4/3501-6石墨/环氧树脂复合材料 隔行扫描的结果最大的减少42%。层间拉伸应力和最大的减少了22%。层间剪切应力
舒克拉,Vizzini 1996 (6] 模拟传感器/致动器。设备大小:25.4毫米 76.2毫米 1毫米 单向AS4/3501-6环氧树脂复合材料 单轴加载下的材料强度降低72%与交错技术改善。
购物中心,科尔曼1998 (7] 活跃的压电传感器。设备尺寸:50:8毫米 25日:4毫米 0:254毫米 准各向同性AS4/3501-6石墨/环氧树脂复合材料 减少4%的强度和杨氏模量。没有疲劳寿命的降低。嵌入压电无限期维持一个稳定的输出,如果机械地骑在他们的操作压力范围之内
佩吉特,莱文1999 (8] 活跃的薄(0.13毫米)压电传感器 准各向同性石墨/环氧树脂复合材料 没有对强度和失效模式的影响
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模拟设备(玻璃切片)大小:76毫米25毫米1毫米 单向AS4/3501-6石墨/环氧树脂复合材料 交错的静态张力和tension-tension疲劳材料与设备:减少33%的力量;提高耐力;损伤启动延迟对断路器的使用方法。
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钛酸、压电陶瓷作动器与断流器集成方法。设备大小:50.8毫米 25.4毫米 0.254毫米 AS4/3501-6石墨/环氧树脂复合材料 疲劳活跃的压电陶瓷。标本骑在不同最大压力而激动人心的嵌入的致动器 10 V 100 V或10 V到100 V。10赫兹,R= 0.1。嵌入压电陶瓷在不同相的比同相条件下表现更好。
购物中心200211] 活跃的压电传感器集成有或没有断流器的方法。设备大小:50.8毫米 25.4毫米 0.254毫米 准各向同性AS4/3501-6石墨/环氧树脂复合材料 抗拉强度和杨氏模量不受致动器/传感器的集成使用两种嵌入技术。在疲劳寿命/强度没有退化。压电陶瓷致动器/传感器功能机械疲劳或加载最大应力水平等于其操作设计极限。
林,2002张(12] 传感器网络:灵活的介电薄膜、智能层(印刷电路板与压电材料)。层厚度:0.050到0.25毫米 复合材料RTM方法 智能层明显不影响主机复合结构的强度,也促进3点弯曲的分层测试。
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卡西米-内哈德
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积极灵活的压电陶瓷传感器和致动器补丁。补丁维度:135毫米 55毫米 0.33毫米。 平纹编织碳/环氧材料 (1)断路洞,(2)嵌入洞,和(3)嵌入技术。制造、耐久性、动态和结构嵌入材料的性能优化如果材料设备由方法(3)

通过回顾这些实验研究,指出在前一个工作16),在这种情况下,植入物的厚度和几何没有显著改变through-the-thickness主机的配置材料,影响周围的材料仍然是很小的,微不足道的影响材料的完整性。的集成设备不可以忽略不计大小,嵌入材料的强度降低,以及破坏机制需要量化,进一步调查。这些观察的关键材料设计考虑和最终应用程序安全可靠的组件。

本文概述的失败机制发展玻璃纤维环氧树脂复合材料由于存在”的集成电子元件“如果相比,层压材料厚度厚度的重要性,提出了材料设计和选择适当的休息配置。这些类型的热压处理过的或压缩成型材料是常用的风能叶片、飞机组件,军事设备和军用车辆组件冲击和爆炸能量吸收。这种结构的设计需要仔细的实验分析了在小样本和随后的研究结果证明在实际组件17]。这最后一步是必要的,因为这些材料的加工,因此最终质量结合组件的环境条件受到在它的生命可以影响在实验室获得的结果。

在这篇文章中,实验室结果主要是考虑。具体来说,量化的影响集成微电子组件在本地主机材料研究的完整性。在以前的作品(16,18的起始材料内的损伤评估持续监控样品受到拉伸载荷与声发射技术。证明级距的存在在单向层诱发微裂隙的树脂可以快速传播沿纤维方向导致快速降解的材料的机械性能和结构性能。结果之前获得单向0度纤维取向(纤维取向是对负载应用)的方向与实验结果相比在45度分层显示材料的重要性停止优化这些材料的电阻在植入设备的存在。

2。材料和性能

这里的实验调查提出为了克服遇到的一些问题进行的制造、设计和开发的可嵌入声传感网络与优化的通信方案。目标网络开发集成到一个薄层压复合为了使材料意义和定位矩阵微裂隙。描述整个系统的开发介绍本节中给出。讨论将继续专注于特定的方法克服了所遇到的一些问题在开发这样的系统,特别是解决应力集中的问题,由于外部设备的集成到聚合物基体复合材料。重要的是要指出,获得的结果的影响,这些设备对材料的结构完整性在fact-results主要讨论了paper-imposed小而灵活的电子元器件的选择,说明和示意图如图1。今天,电子元器件正在逐步与更多的内存更小、更强大的展示特定应用程序的理想特性。SiLab 8051微处理器(3 3 1毫米)被选为处理元素(PEs) 4-tree层次网络(19]。这个层次网络被选中,因为它很可能表示,即使在它的简单性,在生物神经网络。组件的集成和空间分配在材料研究了最大化的减少内部的电线和连接材料。最后结合努力创建的模块结构材料停止优化,网络和组件的正确选择,是呈现在图1

可以看到每个节点由一个灵活和薄Polyvinilidene传感器(PVDF),信号调节电路(图中三角形符号),和一个奴隶的微处理器。每个奴隶芯片功能分析信号通过传感器和放大的信号调节电路和大师交流感兴趣的信息。理想的小尺寸的微处理器是有限的可用内存进行处理数据和基本功能。为了解决这个问题由于其内存有限,伤害来源识别和破坏事件的分类是通过分析参数信息,因为他们需要一个非常有限的使用的处理器内存和处理功能。总之,成功开发这样的系统,外部设备的影响材料的结构完整性是深入调查。这样做我们观察到的影响一般电子元件可以对复合树脂矩阵在材料承受外载荷。自从网络开发获得声学事件参数形式,材料的特性在实验室是由监视其行为在压力下使用声发射技术和分析获得的参数数据。该方法的主要优点是材料的声发射行为的表征形式的参数信息允许的直接实现成果转化为微处理器的查找表的形式存储使用的内存数量非常有限。

鉴于这种情况这种模块化系统的成功开发因此可能只有在材料内声事件的描述和系统的标定,以排除不重要的信息(噪音和干扰)是存储和处理事件一样重要。本文的介绍我们可以推出,需要找到小型电子组件来减少这样的影响设备材料的完整性实施还需要寻找高效、快速数据处理和存储的方法。除了严格处理功能相关的问题,这个应用程序所需的这些组件的大小限制是由于内置的局部应力集中将僵硬的植入物引入材料的完整性主要依赖其聚合阶段的健康状况。

这项研究中所用的材料是一个多层复合制成的S2玻璃纤维由Bryte BT250E-1LV环氧树脂预浸材料复合技术公司。

样本的使用真空袋技术与应用程序的外部压力和被分类如下:空白样品,没有嵌入式植入,样品与集成微电子元素。调查的影响一般植入物可能对这种材料,微电子手上篮过程中嵌入制造由0805芯片电阻、全资斯皮尔电子公司。这些元素是活跃的元素的信号调节电路网络先前描述。他们的成本和可用性使他们完全适合这些实验。

这些信号调节元素被放置的中层材料叠层顺序。0805芯片电阻器的尺寸是2.03毫米( 由1.27毫米)( 由0.55毫米)( )。设备示意图如图2的唯一目的,更好地理解在下面几节中给出的光学显微镜图像。

样品现在设备集成和集中位于两个全球对平面轴。主要材料和板属性表2。遵循标准(21),纤维体积含量, 发现53%的所有板制作的。研究结果表明,这两种类型的样本,有或没有嵌入的夹杂物,显示相同的机械响应(在平面属性和最终失败)在准静态拉伸测试。


复合材料成分的属性
E (GPa) (GPa) (MPa) (MPa)

S2纤维 86.9 0.23 35 4890年 35
BT250E-1LV树脂 3.86 0.39 1.39 75年 35

板性能
(GPa) (GPa) (GPa) (GPa) (GPa) (GPa) (MPa)

47 7.6 7.6 2.77 2.77 - - - - - - 0.29 0.29 1730年

空白样品
样品与嵌入的夹杂物

它可以注意到表2的描述 分层是在16,18)是进行six-layer样本的情况下使用嵌入式电子元件和两层样品的材料没有夹杂物。没有失败的变化机制和声学行为样本相同类型的不同层数在这些实验观察。失败总是始于矩阵微细龟裂现象引起的应力集中在device-composite矩阵接口。微裂隙逐渐成长和铅样品完成失败和刚度的损失。而材料的表征反应可以进行两层复合材料,四到六层是必要的适当0.52毫米厚设备集成。外部压力应用于真空袋装材料会破坏纤维和缩进他们如果没有足够的材料完全集成设备。

声学技术用于这项工作表明早期中低振幅刚性植入位置的事件被检测到非零纤维取向程度。进行显微照相的检查与材料的声发射特性表明,微裂隙发起在植入device-composite矩阵接口和成长造成脱胶的外部组件周围的树脂体系。负责非均质材料的形成局部残余压力后的材料制造。这一事实的不匹配引起的树脂和纤维之间的热性能22,23]。他们的负面影响可以影响matrix-fiber界面强度。

重要的是要强调结果的振幅和频率等参数的特征声排放没有受到构成样本分析的层数;然而在材料内部发生的事件的数量,如果整体材料的行为被认为是,可能会改变。因为这个原因变量,如数量的计数和积累了数量的计算没有考虑分析。分析事件的特征与故障起始和分类在这里。总体概述失败机制和振幅分布也报道事件。可以预期,综合设备似乎并没有影响到平面材料特性(独立于物质停止)和有一个微不足道的材料抗拉强度在所有情况下的效果进行了分析。然而,失败的过程可以显著不同。

3所示。实验的程序

样本进行准静态拉伸加载失败和执行在实验室环境条件和应用加载速度常数0.02毫米/秒的位移。测试由PCI-2连续声发射监测系统由物理声学公司(PAC)。

声发射技术是广泛使用的今天作为评估microchanges无损方法和损伤的材料和结构。通常用于金属和复合结构的维护后,必须定期检查特定数量的生命周期。许多努力都已经在文献中对复合材料内部损伤的不同来源进行分类使用这种技术,如基体开裂、fiber-matrix脱胶,纤维拉拔力、纤维断裂和层间分层通过信号振幅和其他古典AE参数或通过频率和小波分析24- - - - - -27]。由于复合材料非常适合振幅分布分析,已被认为是一个有用的工具诊断材料和结构健康状态,主要表现为以下结果损害事件振幅的比较中确定样品有无集成设备。只选择的另一个原因来分析参数信息的声发射事件站在事实的信息实现健康的组件可以通过有限数量的传感器和有限的内存使用。这个事实有助于存储的数据量有限,节约处理时间,选择小处理元素和芯片组件,因此限制了电路规模和电线被集成到材料。

声发射(AE)是通过外部R50D传感器检测到的峰值频率在175 kHz和数据收集和分析使用AEWIN软件(28]。Hsu-Nielsen测试被认为是(29日)来确定声波在分层的速度与不同纤维方向的位置所必需的声音来源。在完成这些测试,设置表中列出3选择使用的物理声学公司(PAC)系统在这些实验。


PCI-2 PAC系统设置

传感器之间的距离 50毫米
数量的传感器 2 - 4
PDT(峰值定义时间) 50 证券交易委员会
热变形(点击定义时间) 300年 证券交易委员会
LDT(锁定定义时间) 800年 证券交易委员会
阈值 30-33 dB
前置放大 40 dB
采样率 2 / s女士

准静态拉伸试验进行了使用两个声学传感器安装在样品的表面使用真空油脂作为耦合剂以提高传输的信号通过sensor-sample接口。AE参数期间获得振幅实验包括事件,事件持续时间,每个事件的统计数量,信号波形,和相关的能量。此外,关于第一个事件发生在加载历史被仔细检查。至少有三个样本测试,直到失败和他们的行为进行了比较。平行于声学分析、附加信息对材料失效模式提取样品微观结构的观察。四个样品的原始类型(空白和集成电子)被切割和抛光使用标准的光学显微镜和显微组织进行了分析。一些样品被植入的活动对应的纤维方向,沿着纤维他人。图3提供了一个样本截面的放大视图显示了设备植入和树脂袋地区0度单向纤维复合材料。显微图显示,集成相对厚的夹杂物的实际商用微处理器和信号调节元素力量层上方和下方植入变形,使大型多尸地区。这些影响进行了仔细地分析过去为玻璃纤维和碳纤维复合材料。观察的长度多尸面积约6毫米。这是注意到是真的为0 - 90度的纤维取向(这里没有显示)。此外,两个多尸领域,对称分布的集成电子元件,形成沿纤维方向。这是证明的活动虚拟处理器出现周围的纤维材料通过厚度均匀分布。

如果我们比较这些样品的微观结构非零纤维取向程度样本,树脂的不对称口袋里有不同的形状和长度可以观察到相反;参见图4。大大减少也是这个地区的长度 对称的分层估计也有至少短树倍比单向复合材料。它也必须考虑,一般来说,这个区域的形状也取决于植入设备几何。

孔洞最终由于树脂的固化和空气被困在材料手单手上篮过程中通常被观察到两个相邻层之间进行分配,前面的图片所示。样品横截面的面积通常占据的孔隙是在先前的研究估计在2%左右样品都有或没有通过图像分析嵌入式夹杂物。此外,它也表明,树脂丰富区域如图34被发现完好无损。这是通过抛光逐步小优惠券不同上篮检查他们的微观结构在不同距离植体。例如,第一个形象图5(一个)显示了该树脂的口袋区域几乎3毫米的设备,数字5 (b)显示材料的截面约3毫米的集成设备,而图5 (c)显示设备的表面。通过这种方式,加工后的材料微观结构以及树脂口袋地区完整了。观察一般重复在四个不同的优惠券。

同样的程序采用调查原始样品的微观结构也用来识别可能的网站微裂纹成树脂矩阵样本中,受到预定义的压力水平。与集成设备对样品有必要监控的声发射活动为了检测在压力microdamage定位和识别植入开始发生。考虑到困难与显微照相的相关调查和不可能预测裂缝的大小和他们的确切位置的设备,受到的最大应力水平样本选择通过寻找声发射事件的结果和情节的位置。一次相当大的活动的设备位置,测试样本是停了下来,轻轻地从卸货在准静态的控制模式。经验的测试失败第一组样本而监视他们的声发射活动给应力/应变水平的重要信息要实现为了保持兴趣的截面几乎破损但microfailures目前在设备。因此,达成一定的外加应力后,样本卸载和删除分组控制,抛光,和分析。这些调查结果和细节在以下部分中。

4所示。实验结果

最近的一个分类的玻璃纤维增强复合材料内声事件报道(30.]。此外,它已经表明,single-edge-notch叠层复合材料,应力集中器的存在诱发更多的声学事件与频谱的频率高于无切口材料(31日]。遵循这些作品类似的结果证明了Ghezzo等人在16]。

声学结果在这里提出的累积计数的数量,通常也称为累积损伤,在单向 , 样品有或没有集成设备在加载历史。此外,事件的分布振幅的增加与负载应用也显示。

由于每个测试的唯一性,只有一些结果的报道。然而,每类型至少有四个样品进行了测试,结果是一致的。结果总结在表34在这项工作的结束。


数量的样品 平均(MPa) DS CV % 强度平均(MPa) DS CV %

空白样品 5 319.6 20.07 6.15 1729.4 40 2.33
样品与集成设备 5 89.7 22.18 24.7 1685年 39.9 2.37

结果 / 97.42% / 3.56
数量的样品 平均(MPa) DS CV % 强度平均(MPa) DS CV %

空白样品 3 34.46 8.05 23.37 220年 5.19 2.36
样品与集成设备 3 12.53 1.61 12.89 229年 5.03 2.19

结果 / 36.37% / 2.9

:使用集成包含材料的抗拉强度; :空白样品的抗拉强度; :压力的声学事件开始空白样品; :压力事件的开始与嵌入式设备样本。
DS:标准差;简历:变异系数;定义根据ASTM 3039米。
4.1。单向 层压制品

对于这种情况的结果提出了在前一个工作16]。为了使用这些结果来比较获得的结果描述的样本具有不同纤维方向我们讨论典型的声发射事件记录为这些样本数据67给一些额外的见解,这种情况下是很有用的比较与nonzero-fiber分层。第一声排放检测可以与材料内部发生的特定microfailures有关。这两个图显示典型的事件振幅与外加应力的分布 与集成设备空白样品和样本。它可以被观察到的声发射事件被检测到大约300 MPa,我们定义,从先前的工作 对应的轴向拉应力第一声事件在空白样品开始。

这些最初的振幅之间的一系列事件被发现35-60 dB。样本中使用嵌入式夹杂物明显但孤立声学排放获得在一个名叫压力 第一声的拉应力事件与嵌入式夹杂物在样品中发现。这种压力从25%到33%的被观察到 ,第一声事件被检测到的压力没有集成设备进行所有的测试样品。这些早期的振幅排放通常分为50 - 75分贝范围内。此外,观察事件的分布在这两个完全不同的情况下,这一事实可以归因于不同的失效过程,如图89

在样品与集成设备,第一声排放检测和位于植入物周围的材料。事件的分布在样品与集成设备集中的中心样本长度计设备所在地。这与观察到的事实被发现在协议失败起始和整体材料。声来源的位置确定基于第一阈值穿越时间的信号通过外部传感器和被植入,独立于物质停止。为了将这些声学与物理事件出现,四个 样品使用嵌入式电子元件受到拉伸载荷,直到发现了最初的排放增加。后来,样本从控制中删除,将正交纤维在几毫米的植入,和抛光。观察到,尽管声学事件被捕在相当低的压力水平,为微观结构选择的样本调查受到更高的负载为了渲染损害明显,可见;参见图10

遵循之前的工作在这个领域30.- - - - - -32)和光学测试样本进行调查,看来第一声事件中发现空白玻璃纤维样品可能归因于增长的缺陷和瑕疵,纤维拉拔力,和矩阵微裂缝现象。也注意到,这些第一个事件的特点是低振幅(35-60 dB)和峰值频率在100和180 kHz信号。此外,损失的分布似乎通过样本的长度统一。

另一方面,在样品与集成设备,局部裂缝和脱胶大多集中在sensor-resin接口。相应的事件通过AE系统与中低振幅信号(50 - 70分贝)和峰值频率的范围150 - 300千赫。尽管累积计数的数量不能相比,由于这些样本的不同层数,损失曲线定性相似。更低的累积数量的计数与集成设备样本中获得然而快速的另一个指标,增长的灾难性故障的微裂隙implant-composite接口,然后开始传播没有障碍在树脂矩阵,沿着纤维。

4.2。对称的 层压制品

不像 , 复合材料与集成厚电子设备提出了一个不同的失效机理。如图11,最终的失败并没有发生在植入的位置。这一事实被观察到在所有样品测试。此外,材料和整体声学事件作出响应振幅分布是相同的对于这两种类型的样本;参见图1213。尽管早期的微裂隙发现植入的位置,其他分布式损伤起始来源中获得的材料和最终失败发生的嵌入式设备。早期微裂隙的传播在sensor-matrix界面因此似乎是由玻璃纤维克制。局部高伤害如resin-sensor界面脱胶、裂缝和纤维矩阵剥离附近的虚拟处理器是通过一系列的显微检查发现一旦早期声学事件被检测到。

中观察到 样品,还在 复合材料声发射事件发起与综合样本包含在几乎1/4的外部压力应用于空白样品被认为导致早期的排放。这些事件振幅分布的特点是值介于43 - 65 dB而在空白样品中检测到的主要是观察到的40至50分贝。再一次,这些第一次事件的频率高于一个空白样品中检测到的事件。通常这些第一个事件被发现的频率大约180千赫。孤立的高- - - - - -频率的事件,350 kHz,也获得了。空白样品中130和170千赫之间的频率范围不同。至于前面的 情况下,我们一些样品进行了拉伸载荷,直到第一个声学事件被检测到。之后,样品被抓住和抛光为了检查他们的微观结构。结果呈现在图14。大缺陷并观察空洞树脂丰富地区被发现完好无损。微裂隙相反周围观察到的包容。

在结论中,声发射的结果 层压制品在表中进行了总结45。进一步的实验分析与集成失败的开始在各向异性介质刚性厚夹杂物似乎还是必要的,将大大提高集成电子学的影响的理解当地的完整性分层复合材料为开发新的提供基本信息,薄,并最终灵活的传感器,更兼容主机组合,因此以最小的对材料的影响。


休息 压力范围的第一个AE事件(MPa) 第一个AE事件振幅范围(dB) 第一AE事件的峰值频率(赫兹) 事件类型分类基于显微照相的检查

空白样品 320 - 400 35-60 100 - 180 矩阵微裂缝,纤维拉拔力
样品与设备 89 - 106 50 - 75 150 - 300 传感器接口矩阵微观裂纹,舒解事件
空白样品 33-43 40 - 50 130 - 170 矩阵微观裂纹,脱胶,
样品与设备 10 - 14 43 - 65 150 - 350 传感器接口矩阵微观裂纹,舒解事件,摩擦

5。结束语

玻璃纤维复合材料的完整性和机械响应集成结构健康监测传感器和电子元件提出了这项工作。尤其是起始和识别已经观察到的损害进行单调拉伸测试样品而不断监测其声学排放。一系列的显微照相的检查也进行了。我们主要的实验观察结果可以概括如下。(我)准静态下的力学响应特性 分层与集成设备大体上是相同的描述材料没有小信号调节组件集成。的抗拉强度 提出了一个微不足道的减少对空白的样品。(2)内埋置过程导致材料和几何不连续产生大的层间各树脂的复合材料层压板在植入的口袋。非均匀光纤间距周围观察到这些地区。这些多尸区域的长度取决于材料单手上篮。它是在非零纤维取向程度要小得多。(3)锋利的几何不连续性和材料负责局部非均质压力的值的起始浓度影响夹杂物周围的失败和它的发展。(iv)早期声学事件被检测到在传感器位置几乎四分之一的压力,观察诱导声波没有植入材料的活动。此外,事件通常是获得更高的振幅比注意到样本中没有植入。(v)早期的事件的频率 空白样品100 - 180千赫范围内,主要归因于缺陷和纤维拉拔力的增长,而在样本中发现与集成虚拟处理器属于高150 - 300千赫和分为基体开裂和脱胶现象。进行了一系列的显微照相的检查来支持这些观察。(vi)早期的事件的频率 样品没有夹杂物是在145 - 280千赫的范围内,又由于缺陷的生长和纤维拉拔力,和舒解,而在样本中发现的假微处理器瀑布高150 - 350千赫范围内,分为基体开裂和脱胶现象在inclusion-matrix界面摩擦和脱胶现象。进行了一系列的显微照相的检查来支持这些观察。

失败的实验表明,在implant-composite树脂界面启动界面脱胶和微裂隙设备由于层间应力值较高。大缺陷implant-composite树脂界面,一般不会被观察到样品测试前检查表明,高应力可能是负责接口失败。此外,在同一应力水平没有损坏的迹象是观察到树脂的口袋里。

6。讨论

介绍集成植入物在本地的完整性的影响非零fiber-laminated复合材料相比,零fiber-oriented分层标准的实验室规模的样本。这些结果添加基本细节启动失败的界面implant-composite树脂矩阵。实际上这项工作的目的是识别的影响电子的集成传感器一起进入层压复合材料为了鼓励仔细分析和设计优化在开发智能材料。嵌入式植入包含在信号调节设备(芯片电阻)或微处理器(这项工作中没有显示),一般电路集成到物质的一部分。尽管显著改进实现小型化的传感器技术,薄,高度变形,树脂兼容、和耐高温传感器可能是商用,电子设备(微处理器)仍然是刚性厚夹杂物的基质材料。因此,试图将它们嵌入为了创建材料完全集成传感网络仍然需要一些关注。尽管仍然在实验室水平,这项研究似乎不远实施民事和航空航天材料。除此之外,应力集中的分析和量化和交互implant-composite会引起巨大的发展新的电子设备和传感器刺激新的制造技术和程序的影响降到最低的植入特定的材料选择。到目前为止,没有在职与完全集成传感系统组件层级结构组织监控实时损伤增长到材料。这事实是部分由于涉及的许多方面和变量的过程会导致材料和组件的优化性能的综合网络。 Moreover, in general, the implementation of acoustic sensors seems to be a useful and well-established tool for successful passive and active damage detection with minimum number of sensors, reasonable memory usage, and therefore limited processors functions. In particular, we described the system that was developed taking into account such observations and that consists on a 4-tree hierarchical network of flexible PVDF sensors used for passive acoustic emission detection and connected to small microprocessors with limited memory. The processing functions that consist in location and classification of the damage events were possible using parametric features of the acquired acoustic signals. Minimization of issues due to stress concentration that can be induced by the presence of wires necessary to establish the connections among all sensors and electronics that constitute the network may be avoided by the implementation of systems based on wireless communication. Many of these aspects are currently under investigation.

我们可以得出这样的结论,强调智能的发展,多功能复合材料是可行的,但可以成功的只有一个合适的传感器设计、集成技术、信号处理、数据收集和调查实际组件的材料性能的局限性。

确认

作者承认的卓越中心的先进材料,机械和航空航天工程部门在加州大学圣地亚哥分校的S2 /玻璃纤维拉伸测试样本,和美国国家科学基金会支持这个格兰特没有下工作。0330450。

引用

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