Возможность мониторинга напряжения магнитострикционного Fe

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 22421 (2022) Цитировать эту статью

589 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Многие методы мониторинга состояния конструкций (SHM) были исследованы для обнаружения повреждений в ламинатах из тканого полимера, армированного стекловолокном (GFRP). В последнее время композиты из стеклопластика, интегрированные с датчиками, привлекли внимание, поскольку композитный материал может передавать информацию о состоянии конструкции во время эксплуатации. Магнитострикционные материалы считаются возможными кандидатами для реализации бесконтактных методов SHM с использованием эффекта Виллари, но теоретическое моделирование для корреляции магнитострикционного отклика со структурными условиями является критически важным вопросом. В этом исследовании была предложена аналитическая процедура, учитывающая механику материалов и электромагнетизм, для моделирования магнитной индукции с помощью эффекта Виллари магнитострикционных ламинатов из стеклопластика при изгибе. Затем были разработаны магнитострикционные композиты Fe-Co волокно/стеклопластик и были проведены испытания на четырехточечный изгиб для оценки способности изготовленных композитов контролировать напряжение. Поведение плотности магнитного потока соответствовало флуктуациям изгибающего напряжения. Максимальное изменение плотности магнитного потока составило 70,7 мТл при пиковом изгибающем напряжении 158 МПа. Аналитические решения показали разумное согласие с экспериментальными результатами. Приложенное напряжение и измеренная плотность магнитного потока коррелировали с помощью теоретических моделей. Таким образом, эти результаты предполагают важный шаг в реализации новой бесконтактной технологии SHM с использованием магнитострикционных материалов.

Ламинаты из тканого армированного стекловолокном полимера (GFRP) обладают теплоизоляционными, электроизоляционными и превосходными механическими свойствами и являются хорошими материалами для сверхпроводящих устройств для использования в термоядерном реакторе, таком как Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР)1. Однако применение ламинатов FRP может быть ограничено из-за их сложной морфологии повреждений и разрушений, например, межламинарного разрушения2,3. Следовательно, необходимо оценить состояние повреждений и спрогнозировать оставшийся срок службы для безопасной эксплуатации4.

Мониторинг состояния конструкций (SHM) необходим для поддержания протоколов безопасности для этих структурных компонентов во время эксплуатации5. Многие исследователи изучали различные методы ГИМ, например, частотный метод6, волны Лэмба7 и акустическую эмиссию8. Однако универсальной методики для всех условий, ситуаций и применений не создано, поскольку каждая разработанная методика имеет свои преимущества, ограничения и сферу применения9. В настоящее время композиты со встроенными датчиками широко признаны в качестве одной из технологий SHM, поскольку композитный материал сам по себе может определять состояние конструкции. Волоконно-оптические датчики в композитных структурах привлекли внимание благодаря своим отличительным преимуществам10. Санчес и др.11 контролировали весь процесс производства полимера, армированного углеродным волокном (CFRP), со встроенными волоконно-оптическими датчиками, и оценивали профиль распределенной остаточной деформации. Была изучена возможность использования стеклопластика с оптическим рефлектометром обратного рассеяния, основанным на рэлеевском рассеянии12. Окабе и др.13 продемонстрировали способность чирпированной волоконной брэгговской решетки определять места трещин в ламинатах из углепластика. Измерение электрического сопротивления было исследовано, поскольку повреждение и электрическое сопротивление в композитах из углепластика могут быть связаны14. Ударное повреждение непрерывных композитных ламинатов из углеродного волокна и эпоксидной смолы оценивалось путем измерения электрического сопротивления, и чувствительность этого метода была более эффективной, чем у ультразвуковых методов15. Корреляция между поведением межламинарного сдвига и откликами электрического сопротивления тканых композитных ламинатов из углепластика в криогенной среде обсуждалась численно и экспериментально16,17. Такеда и Нарита18 сообщили о мониторинге распространения трещин в композитных соединениях углепластика со слоем углеродных нанотрубок/эпоксидного клея при нагрузке в режиме I. Пьезоэлектрические материалы могут использоваться как в качестве пассивных, так и в качестве активных датчиков, соединенных с композитной структурой19. Было установлено, что композиты из углепластика с добавлением пьезоэлектрической керамики демонстрируют способность SHM в реальном времени20,21. Хван и др.22 охарактеризовали пьезоэлектрический композитный ламинат из стеклопластика, включающий смесь пьезоэлектрического порошка и эпоксидной смолы для датчика удара. Умные тканые композитные ламинаты из полимера, армированного волокном (FRP), состоящие из тканой пьезоэлектрической ткани, которая действует как датчик и усиление, продемонстрировали прямую связь между приложенной нагрузкой и сигналом датчика23. Ван и др.24 предложили новый процесс поляризации пьезоэлектрических углепластиков и охарактеризовали пьезоэлектрические свойства.