论文摘要
近年来,纤维增强塑料复合材料(FRP)的应用越来越广泛,但是复合材料内部的分层和剥离破坏严重阻碍了此类复合材料的发展。传统的无损检测技术存在很多缺点,很难满足工程检测中快速、有效、实时、简便等要求。因此,本课题提出一种利用光纤传感技术对FRP的分层或剥离进行无损检测的新方法。本课题研究目的是对带有补丁式分层的FRP梁进行计算机仿真分析,识别出分层的位置和大小,从而为以后的试验提供理论依据,并为此方法在今后实际工程中的应用奠定理论基础。本课题利用ABAQUS有限元分析软件仿真带有补丁式分层的FRP连续支撑梁和简单支撑梁,得出已知分层位置和大小的情况下FRP积分应变曲线的变化规律,证实了此方法对FRP进行无损检测的理论可行性。本文研究内容及其研究成果主要包括以下几个方面:1)在不改变分层大小的情况下,将光纤埋置在FRP梁中性层的一定位置时,改变加载线的位置,发现在两种支撑条件下,当加载线经过分层时,积分应变曲线的曲率在分层两端处具有突变;当加载线不经过分层时,曲线变得比较平滑,与加载线经过分层时的曲线有明显区别。因此,可以根据加载线通过分层时,积分应变曲线的曲率突变来大致确定分层的位置和长度,根据加载线通过分层时与不通过分层时积分应变曲线的不同,来大致确定分层的宽度。2)在加载线经过分层的情况下,将光纤埋置在FRP梁中性层的一定位置时,在一定范围内改变分层的大小,发现在两种支撑条件下,分别减小分层的长度和宽度以及同时减小分层的长度和宽度时,光纤的积分应变值在总体上均有变小的趋势,但是积分应变曲线的曲率在分层两端处的变化差别不是很大,均可以检测到分层的位置和大小。3)在加载线经过分层,且光纤埋置在FRP梁中性层的情况下,改变光纤在FRP梁宽度方向的埋置位置,发现在两种支撑条件下,即使光纤的埋置位置不在分层区域,当光纤距分层区域一定宽度范围内时仍旧可以检测到分层的存在。并且分层对光纤积分应变的影响范围与分层的宽度有关系,若分层宽度减小,则分层的可检测范围变小。4)对比简单支撑和连续支撑两种支撑条件,发现在简单支撑条件下,当光纤粘贴在梁上表面时,无法检测到分层的存在,只有当光纤埋置在FRP梁中性层的一定位置时,才可以检测的到分层的存在;而在连续支撑条件下,光纤粘贴在FRP梁上表面时的积分应变曲线的变化规律与光纤埋置在梁中性层时得积分应变曲线变化规律几乎一致。在实际工程中,可以利用连续支撑梁的这一特点,灵活掌握连续支撑梁的光纤放置位置。