通過混合3D打印策略集成結構傳感實現位移重構組件

來源： 江大趙軍華課題組

隨著對智能設備的要求越來越高，結構傳感集成技術在航空航天、生物醫(yī)學、人體健康監(jiān)測等領域的需求也在不斷增長。大部分智能結構，如變形飛行器、可部署衛(wèi)星天線和軟體機器人等，實現全局位移場的實時監(jiān)測是對它們進行形變感知和姿態(tài)控制的基本要求之一。目前,傳統(tǒng)的方法是將光纖光柵傳感器粘貼在結構上進行應變的監(jiān)測,再結合重構算法實現位移場的重構。很少有研究專注于制造能夠實現結構傳感-位移重構功能的集成部件。

基于此背景，江南大學趙軍華教授團隊提出了一種通過混合3D打印的方法實現快速制造集成結構傳感實現位移重構組件的策略。成果以“Displacement-reconstruction-realized components by structure-sensing integration via a hybrid 3D printing strategy”為題發(fā)表在國際期刊《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》上，其中博士生陶銀為第一作者，團隊負責人趙軍華教授和課題組于培師副教授為通訊作者。

本研究的主要目的是通過混合3D打印策略制造結構-傳感一體化部件以實現全局位移場的實時監(jiān)測。首先, 將優(yōu)化設計的具有最小的單元數傳感器陣列集成到結構表面或嵌入結構內部。再通過直接墨水寫入與熔融沉積建模的混合3D打印方法實現結構傳感一體化部件的快速制造。最終,在沒有任何加載信息的情況下,傳感集成結構可實現從監(jiān)測的局部應變重構全局位移場的功能。

圖1 基于混合3D打印平臺制造結構傳感集成部件

圖2 表面結構傳感集成部件的制造試樣

圖3 嵌入結構傳感集成部件的制造試樣

圖4 直書寫打印傳感器的結構和靈敏度

圖5 傳感器的遲滯性和有效帶寬

圖6 仿機翼結構彎曲時的有限元的模態(tài)分析結果和傳感器的布局優(yōu)化設計

圖7 仿機翼結構在準靜態(tài)單點受壓時重構的位移和模擬的對比結果

圖8 仿機翼結構在多點受壓時重構的位移和實驗對比結果

圖9 仿機翼結構在動態(tài)振動時重構的位移和實驗的對比結果

圖10 仿機翼結構扭轉重構的位移和實驗對比結果

參考鏈接
Displacement-reconstruction-realized components by structure-sensing integration via a hybrid 3D printing strategy. 2024,107896.

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https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2023.107896