基于智能预应力结构的碳纤维复合材料自感知特性研究

发布时间：2017-07-18 10:21

  本文关键词：基于智能预应力结构的碳纤维复合材料自感知特性研究

  更多相关文章： 碳纤维复合材料 电阻 电阻变化率 应变 碳粉掺量 灵敏度 线性度

【摘要】：进入21世纪,基础设施和大型结构的损伤累积和破坏行为等问题日益突出,对重要结构的健康监测(SHM)要求也越来越严格。碳纤维复合材料(简称CFRP)具有优良承载特性和自感知特性,为实现结构实时健康监测提供基础,对碳纤维复合材料的自感知特性研究也成为了当前土木工程领域的热点。本文在国家自然科学基金项目“基于碳纤维材料的预应力混凝土结构自感知特性及其应用研究(51478209)”的资助下,主要研究了制作工艺和碳粉掺量改性树脂基体对碳纤维传感元件力阻效应的影响,并建立了电阻响应和结构应变场之间的数学物理模型,主要内容如下:1、设计了真空和刷胶两种制作工艺对碳纤维传感元件力阻效应的对比试验。两种工艺各制作试件3根,考察了工艺对碳纤维传感元件的初始电阻及伏安特性的影响;对碳纤维传感元件进行单轴拉伸试验,测定应变和试件电阻,总结分析了两种工艺制作的碳纤维传感元件电阻和电阻变化率随应变的变化规律及其机理;对比分析了两种工艺对碳纤维传感元件线性度和灵敏度等指标的影响。2、以刷胶工艺制备了5组不同碳粉掺量改性树脂基体的碳纤维传感元件,考察了碳纤维传感元件的初始电阻随碳粉掺量的变化规律;通过碳纤维传感元件单轴拉伸试验,研究了传感元件的电阻随应变的变化关系和电阻变化率随应变的变化规律;分析了碳粉掺量对碳纤维传感元件电阻变化率—应变关系的影响;进而获得了碳纤维传感元件灵敏度随碳粉掺量的变化规律,并从微观角度对变化规律的机理进行了分析。3、利用麦克斯韦方程与变分原理,从结构应变场应变能和无源二维静电场电势能角度出发,建立了电阻(电导率)响应和结构应变场之间的数学物理模型,并验证了该模型的可靠性,对树脂基碳纤维复合材料的电阻响应与结构应变之间本构关系的研究具有一定意义。
【关键词】：碳纤维复合材料 电阻 电阻变化率 应变 碳粉掺量 灵敏度 线性度
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU317;TU599
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 引言10-11
• 1.2 结构健康监测（SHM）系统11-13
• 1.2.1 结构健康监测系统的意义12
• 1.2.2 结构健康监测系统的组成12-13
• 1.2.3 结构健康监测系统的应用现状与发展趋势13
• 1.3 智能材料13-14
• 1.4 碳纤维复合材料研究现状14-20
• 1.4.1 碳纤维复合材料承载特性研究现状15
• 1.4.2 碳纤维复合材料自感知特性研究现状15-20
• 1.5 本文研究的主要内容20-21
• 第二章 树脂基碳纤维传感元件的导电机理及基本特性指标21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 导电通路形成理论21-23
• 2.2.1 统计渗滤模型21-22
• 2.2.2 有效介质理论22-23
• 2.2.3 热力学模型23
• 2.2.4 微结构模型23
• 2.3 室温导电机理23-25
• 2.3.1 导电通路理论23-24
• 2.3.2 隧道效应理论24-25
• 2.3.3 场致发射理论25
• 2.4 传感元件的基本特性25-28
• 2.4.1 测量范围26
• 2.4.2 线性度26-27
• 2.4.3 灵敏度27
• 2.4.4 重复性27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 不同工艺树脂基碳纤维传感元件的力阻效应试验研究29-44
• 3.1 引言29-30
• 3.2 试验设计30-36
• 3.2.1 试验材料30
• 3.2.2 试验设备30-31
• 3.2.3 真空制作工艺31-33
• 3.2.4 刷胶制作工艺33-35
• 3.2.5 试验方法35-36
• 3.3 试验结果分析36-43
• 3.3.1 初始电阻36-37
• 3.3.2 伏安特性曲线37-38
• 3.3.3 电阻—应变关系38-39
• 3.3.4 电阻变化率—应变关系39-40
• 3.3.5 灵敏度40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 不同碳粉掺量改性树脂基碳纤维传感元件的力阻效应试验研究44-59
• 4.1 引言44
• 4.2 试验设计44-47
• 4.2.1 试验材料与设备44-45
• 4.2.2 制备工艺45-47
• 4.2.3 试验方法47
• 4.3 试验结果分析47-57
• 4.3.1 初始电阻47-48
• 4.3.2 电阻变化率—应变关系48-50
• 4.3.3 灵敏度50-53
• 4.3.4 灵敏度影响因素探讨53-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 树脂基碳纤维复合材料的电阻（电导率）响应和结构应变场的数学物理模型59-72
• 5.1 引言59
• 5.2 数学物理模型的建立59-63
• 5.3 数学物理模型的可靠性验证63-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 本文研究的主要结论72-73
• 6.2 研究展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 硕士在读期间发表论文80
• 专利申请情况80

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7 张U，

本文编号：557248