采用应变计对结构粘结进行健康监测

如何对结构粘结状况进行持续监控?通过结构健康监测(SHM),是否能够在早期检测到损伤?

RWTH亚琛大学结构力学和轻型建筑研究所的研究人员正在研究这些问题。采用专门定制的应变计,通过后处理补偿计算获取偏差。

问题

为了检测粘结接头的结构状况并确保可靠的力传递,需要一个能够补偿微小偏差的应变计。

解决方案

定制应变计测量栅丝在测量位置周围提供了均匀的应变分布,以提高测量精度。

结果

通过使用定制的测量栅丝,即使是很小的应变变化也可记录下来。通过测量栅丝之间的精确布置,可以将测量值校正到所需位置。

对粘结进行监控

粘合接头无法通过无损方式进行测试。如何对粘结接头进行连续监控,记录其结构状况,确保可靠的力传递?

这种监测可以通过单个应变计完成,该应变计安装到一个对损伤特别敏感的位置,即所谓的零应变点[1]。其特点是,如果粘合没有损坏,则不会产生应变。一旦损伤发生,应变分布就会移动,并且可以记录清晰的测量信号。

这种健康监测方法的挑战是将应变计尽可能精确地定位在先前计算的位置。然而,小的错位(<200µm)和粘合厚度的变化都会导致测量信号发生偏差。必须校正由此产生的应变变化。

为了测量几个定义点处的应变分布,亚琛大学与HBM合作设计了应变计。测量栅丝纵向偏移0.5 mm,并在基底上彼此相邻布置(见图2)。

测试

为了评估其适宜性,将开发的应变计安装在粘结接口的两侧,并在拉伸试验中加载使粘结接头失效。正如预期的那样,三个测量栅丝产生了三条移动的测量曲线。

通过三个相对移动的测量栅丝,可将测量值校正到实际最佳位置(见图3)。

这是一种特别敏感的损伤评估方法,可对定位的极小偏差作出敏感反应。

第一次试运行的结果清楚地表明,HBM定制的应变计效果显著,可以完全满足要求很高的测量任务。

关于亚琛RWTH结构力学和轻量化设计研究所

RWTH亚琛大学是德国最大的技术研究大学。轻型结构研究所成立于1955年,与德国航空航天研究所(Deutsche Versuchsanstalt für Luft-und Raumfahrt e.V.)密切合作。最近,教学和研究重点已扩大到包括结构力学和结构健康监测,这也反映在 结构力学和轻量化设计研究所(SLA)名称中。

[1] Sadeghi, M. Z.; Weiland, J.; Preisler, A.; Zimmermann, J.; Schiebahn, A.; Reisgen, U.; Schroeder, K. U. Damage Detection in Adhesively Bonded Single Lap Joints by Using Backface Strain: Proposing a New Position for Backface Strain Gauges. Int. J. Adhes. Adhes. 2020, 97, 102494.