【摘要】：碳纖維作為一種輕質(zhì)增強(qiáng)纖維材料已經(jīng)在諸多重要工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí),因具備了力阻效應(yīng)、熱阻效應(yīng)等特性,碳纖維有望成為一種良好的自感知智能材料,使得現(xiàn)有的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可以在避免嵌入外部傳感器的前提下實(shí)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變、溫升等重要物理參數(shù)的自我監(jiān)測(cè)。另一方面,隨著碳纖維復(fù)合材料越來(lái)越多地被應(yīng)用到壓力容器、輸送管道等重要承壓結(jié)構(gòu)中,對(duì)其應(yīng)力應(yīng)變及損傷情況的監(jiān)測(cè)直接關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)的安全,成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題�；诖�,論文開(kāi)展連續(xù)碳纖維纏繞結(jié)構(gòu)的自監(jiān)測(cè)研究,探索在圓柱曲面結(jié)構(gòu)中碳纖維的力阻特性、感知機(jī)理和應(yīng)力應(yīng)變自監(jiān)測(cè)方法。首先,研究連續(xù)碳纖維束的力阻效應(yīng)和傳感特性�；緜鞲刑匦詫�(shí)驗(yàn)表明其具有良好伏安特性,且通電30分鐘后電阻值達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。碳纖維束的單軸拉伸測(cè)試結(jié)果顯示整個(gè)拉伸過(guò)程呈現(xiàn)預(yù)拉伸、拉伸及斷裂三個(gè)階段。之后,對(duì)碳纖維裸束和樹(shù)脂基碳纖維樣品分別進(jìn)行循環(huán)拉伸測(cè)試,結(jié)果均表現(xiàn)出了良好的力阻特性,根據(jù)拉伸階段載荷和電阻數(shù)據(jù)得到實(shí)驗(yàn)所用碳纖維束的靈敏度系數(shù)為0.8274。第二,研究單層連續(xù)碳纏繞薄壁圓柱結(jié)構(gòu)內(nèi)壓感知性能。首先通過(guò)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力和幾何形變分析,得到了內(nèi)壓-應(yīng)變-電阻相對(duì)變化率之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)測(cè)得在纏繞角度為84°時(shí),結(jié)構(gòu)自監(jiān)測(cè)結(jié)果和實(shí)際內(nèi)壓之間誤差均值為3.0 9%。第三,研究單層連續(xù)碳纖維纏繞圓柱結(jié)構(gòu)軸壓感知性能。首先通過(guò)ANSYS仿真分析得到結(jié)構(gòu)的近似楊氏模量,然后通過(guò)靜力學(xué)和幾何形變分析得到軸壓-應(yīng)變-電阻相對(duì)變化率之間的關(guān)系。最后通過(guò)壓縮實(shí)驗(yàn)得出,碳纖維束纏繞角為87°的自監(jiān)測(cè)結(jié)果和實(shí)際軸向壓力平均誤差為 4.18%。最后,探討了碳纖維纏繞圓柱結(jié)構(gòu)在流體系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。針對(duì)管道內(nèi)出現(xiàn)均勻沉積和局部堵塞兩種情況開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,碳纖維電阻相對(duì)變化率能夠?qū)艿纼?nèi)的流體參數(shù)變化做出響應(yīng)。當(dāng)管內(nèi)出現(xiàn)沉積或有局部堵塞時(shí),出水口流量會(huì)下降,對(duì)應(yīng)的碳纖維電阻相對(duì)變化率會(huì)增加。研究結(jié)揭示了碳纖維在軟管結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景。
【圖文】：

量不同和服役環(huán)境的不同都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不同的影響，通過(guò)ＳＨＭ系統(tǒng)收集到的結(jié)構(gòu)逡逑數(shù)據(jù)，能夠識(shí)別出危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)以及危險(xiǎn)區(qū)域，從而協(xié)助工作人員對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)更換或修繕。結(jié)逡逑構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖１．２所示，主要包含傳感器系統(tǒng)、信息采集與處理系統(tǒng)、信息通信與逡逑傳輸系統(tǒng)以及信息分析與監(jiān)控系統(tǒng)１２９１。逡逑ｒ邐丨丨邐｜邐丨邐Ｉ邋ｒ邐邐邐－］逡逑！｜邋Ｗ邋Ｌ．Ｉ邋｜｜邋Ｉ邐Ｉ邋ｒｉＳｆＴｌＩ邋丨邋＿數(shù)＾７＾１邐Ｉｆｌ；逡逑邐＇１邐傳感邋｜邋｜邋采集！邋１邐Ｉ邋Ｉ邋－ｌ，楚構(gòu)■？遠(yuǎn)ｋ邋｜逡逑大，丨Ｉ邐１邐＃ｒ邋設(shè)丨丨邋一１邐｜邋｜￣Ｊ一邋｜邋！邐１＇＾邋Ｗ邋：ｌｌ邋ｆｔ輸邋Ｉ逡逑｜邋１體性邐ｊ邋Ｉ數(shù)禍ｊ邐邐［邋Ｉ邐，，，，，！，？，邋Ｌ邋＿邋報(bào)＝命動(dòng)態(tài)Ｉ逡逑邐丨態(tài)餐數(shù)邋邐Ｉ邐＿邋丨Ｗ特Ｍ丨ｉ邐ｉ玄斷邐數(shù)據(jù)Ｉ逡逑丨Ｉ邐；邋；邋邐邋！邋｜邐＇！邋”以：————ｉ邋ｌ！逡逑ｉ傳＿統(tǒng)ｉ邐ｉ曑撕墟~#統(tǒng)Ｉ逡逑Ｉ邐－邋邋邐－ｉ邐１邋Ｉ邐１逡逑圖１．２結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逡逑總體上，基于傳感器的診斷和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總共有兩種方式：被動(dòng)感應(yīng)和主動(dòng)感應(yīng)［３（）｜。被逡逑動(dòng)感應(yīng)ＳＨＭ利用一系列傳感元件如加速度計(jì)、壓電傳感器、光纖等判斷結(jié)構(gòu)周?chē)沫h(huán)境逡逑和局部參數(shù)，如外部載荷、初期損傷、環(huán)境濕度、溫度等；主動(dòng)感應(yīng)ＳＨＭ利用換能器監(jiān)逡逑測(cè)上述參數(shù)，這些換能器既能用作傳感元件也可用作驅(qū)動(dòng)元件。逡逑西安交通大學(xué)的陳雪峰等１３１１對(duì)目前國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料_た導(dǎo)嗖夤丶際踅辛訟晗傅膩義匣闋�，染c恚保菜盡ｅ義希靛義

本文編號(hào)：2685544