[发明专利]一种基于PVD的金属结构疲劳损伤监测传感元及其应用

权利要求书

1.一种基于PVD的金属结构疲劳损伤监测传感元，其特征在于，包括:

导电传感层，以及；

绝缘隔离层，用于阻止金属基体与所述导电传感层之间的电导通，并将所述金属基底的疲劳损伤传导至所述导电传感层；

所述绝缘隔离层设于所述金属基底的上表面，所述导电层设于所述绝缘隔离层的上表面。

2.如权利要求1所述的一种基于PVD的金属结构疲劳损伤监测传感元，其特征在于，所述绝缘隔离层为Al₂O₃层、AlN层、Si₃N₄层、BN层中的一种。

3.如权利要求1所述的一种基于PVD的金属结构疲劳损伤监测传感元，其特征在于，所述绝缘隔离层的厚度为2～10μm。

4.如权利要求1所述的一种基于PVD的金属结构疲劳损伤监测传感元，其特征在于，所述导电传感层为H62黄铜层、纯铜层、纯钛层、LY12铝合金层、316不锈钢层中的一种。

5.如权利要求1所述的一种基于PVD的金属结构疲劳损伤监测传感元，其特征在于，所述导电传感层的厚度为2～10μm。

6.一种如权利要求1～5所述的基于PVD的金属结构疲劳损伤监测的传感元的应用，包括如下步骤：

(1)、利用PVD法在金属结构的疲劳危险部位布设传感元，所述传感元包括导电传感层和绝缘隔离层；

(2)、将所述传感元通过导线接入监测系统；

(3)、根据所述监测系统收到的所述传感元输出的电阻信号的变化反推金属结构的裂纹扩展情况，采样频率为0.4Hz时，若所述传感元电阻信号阶跃式上升5％～10％，则所述金属结构为塑性变形；当所述传感元电阻信号阶跃式上升超过15％，则所述金属结构为疲劳裂纹萌生；当所述传感元电阻信号阶跃式下降10％～20％，则所述金属结构为快速断裂。

7.如权利要求6所述的基于PVD的金属结构疲劳损伤监测的传感元的应用，其特征在于，步骤(1)所述金属结构的疲劳危险部位的确定包括以下步骤：

(1)建立结构有限元模型；

(2)定义材料属性；

(3)划分网格；

(4)建立接触模型；

(5)设置边界条件；

(6)设置加载条件；

(7)有限元模型计算与分析，确定危险部位。

8.如权利要求6所述的基于PVD的金属结构疲劳损伤监测的传感元的应用，其特征在于，步骤(2)所述监测系统包括布设在工件上的传感元、直流恒流电源、数据采集卡、计算机终端、所述直流恒流电源与所述布设在工件上的传感元形成回路，所述数据采集卡分别与所述计算机终端、所述布设在工件上的传感元相连。