樹脂基碳氈復合層力阻特性的細觀統(tǒng)計建模研究
本文關鍵詞:基于動力響應的大型橋梁健康監(jiān)測的一些問題,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
《武漢理工大學》 2011年
樹脂基碳氈復合層力阻特性的細觀統(tǒng)計建模研究
方璽
【摘要】:基于國家自然科學基金項目“核安全殼應力監(jiān)測的復合敏感層傳感機理及成像”,圍繞碳氈復合層的力學傳感特性,開展了不同尺度下碳氈復合層的力阻效應及其機理等研究工作。研究內(nèi)容包括碳纖維氈復合層分別在手糊成型工藝和真空袋壓成型工藝下的宏觀力阻特性、碳纖維單絲在不同表面改性方式下的力阻效應、基于隨機高階電阻網(wǎng)絡的碳氈復合層的統(tǒng)計建模及其應用等工作。主要獲得了以下幾個方面的研究成果: (1)通過系列實驗得到了碳氈復合層分別在手糊工藝和真空袋壓工藝下其力阻特性及靈敏度上的力阻響應規(guī)律,結(jié)果表明手糊成型工藝下碳氈復合層具有高靈敏度但穩(wěn)定性欠缺,真空袋壓工藝下碳氈復合層高穩(wěn)定性但靈敏度較低的傳感特征,發(fā)現(xiàn)并分析了影響復合層力阻效應的實質(zhì)在于纖維單絲自身的力阻特性、纖維搭接處電阻的變化以及碳氈無規(guī)導電網(wǎng)絡受載下的響應。 (2)表面改性對碳纖維單絲的力阻傳感特性有所作用。硝酸液相氧化4h可使得碳單絲靈敏系數(shù)和線性度達到最優(yōu),經(jīng)丙酮表面處理后其靈敏系數(shù)以及線性度有較為顯著的提高。 (3)同一外載荷在纖維方向產(chǎn)生的應變對碳纖維單絲電阻變化率的作用強于垂直纖維方向上的應變對電阻變化率的作用,且兩者力阻效應反向。得到了外載荷作用下碳纖維單絲電阻變化率與偏軸拉伸角度間的非線性關系,62°拉伸偏轉(zhuǎn)角為正負力阻效應的臨界角度。 (4)建立了N×N階電阻網(wǎng)絡計算模型,結(jié)合碳氈導電機理的研究背景對此模型進行了改進,并通過自設計程序予以實現(xiàn)大規(guī)模計算,通過多組不同階數(shù)下精密電阻隨機組網(wǎng)的統(tǒng)計實驗,在置信度為95%下驗證了模型和算法的可靠性和高精確度。 (5)捕捉到了碳纖維單絲接觸處的電阻響應在不同受載階段下的實驗現(xiàn)象,分析發(fā)現(xiàn)纖維搭接處受到外加載荷在尚未破壞前,搭接處的電阻表現(xiàn)為接觸電阻,壓應變增大接觸電阻表現(xiàn)出同步線性減小,壓應變減小接觸電阻同步線性地增大。當外載荷超過閡值后接觸處發(fā)生破壞,搭接處纖維間的相對位置發(fā)生微弱改變,原接觸電阻表現(xiàn)為由隧道效應產(chǎn)生的非接觸電阻,阻值急劇增大且隨外載同步變化。 (6)基于N×N階電阻網(wǎng)絡計算模型,建立由改性后碳纖維單絲拼構(gòu)形成的纖維網(wǎng)絡單元,通過圖像處理技術(shù)獲得了計算模型的中各阻值,結(jié)果表明計算所得網(wǎng)絡初始電阻與實測阻值較為接近,且所建網(wǎng)絡模型能較好地體現(xiàn)碳氈復合層的力阻傳感特性。 (7)微米尺度下進行碳氈復合層的細觀統(tǒng)計建模,得到碳氈內(nèi)平均搭接長度為12.2μm等重要網(wǎng)絡參數(shù);陔S機電阻網(wǎng)絡模型分別估測了不同尺寸的碳氈復合層的初始電阻,估測均值較為接近相應實測值,首次通過該模型對碳氈復合層的力阻特性進行了描述,結(jié)果表明本文所建電阻網(wǎng)絡模型可用于定量地表征碳氈復合層受外載時體現(xiàn)出的力阻特性。
【關鍵詞】:
【學位授予單位】:武漢理工大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2011
【分類號】:TB332
【目錄】:
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