智能碳纤维复合材料温阻效应研究
发布时间：2020-05-16 16:50
【摘要】：智能技术逐步渗入土木工程领域,特别是重要结构的结构健康监测(简称SHM),也向着智能化方向发展。碳纤维复合材料(简称CFRP)因其同时具有承载特性与智能特性,成为当前土木工程领域的研究热点,为实现智能建造、智能建筑、智慧城市提供现实准备。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,基于已有理论和研究基础,建立了 CFRP电阻响应和环境温度场间的数理模型,并研究了碳粉和纳米二氧化硅材料改性树脂基体对碳纤维传感元件温阻效应的影响,同时验证了模型的可靠性,为实现智能化提供理论与数据方面参考。主要研究内容如下:1、改进了传感用CFRP材料制备工艺流程。根据传感元件的特殊要求和已有制备工艺,调整已有制备步骤,提升实验室制备传感用CFRP材料制备的速度,缩短试验周期。为未来传感元件从实验室制备到工厂自动化生产提供思路。2、结合CFRP力阻模型和细观力学相关理论,建立了温度场下的电阻(压电)与温度变化之间的本构关系,分析可能产生的现象,扩大CFRP材料理论模型的适用范围,对CFRP材料的电阻与结构应变场、温度场的耦合研究具有一定意义。3、针对工程情况与实际要求,研究了改性树脂基体的碳纤维传感元件。为兼具承载和智能特性,本文试验参考实际工况的温度范围(-40～80℃),研究环氧树脂基体CFRP材料与通过加入碳粉和纳米二氧化硅颗粒两种方式进行改性环氧树脂基体CFRP材料的电阻随温度的变化情况;建议了碳粉与纳米二氧化硅颗粒合理的掺量;将CFRP材料的温阻模型与已有数据分析对比,证明了温阻模型的可行性和可靠性。为未来智能CFRP材料智能特性研发,如大体积混凝土温度监测、结构自调节等方面应用提供参考。
【图文】：
逦（ｂ）直线逦（ｅ）凸曲线逡逑图２．２电阻变化率和轴向应变曲线的可能曲线［５３］逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｐｏｓｓｉｂｌｅ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｆｏｒ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｒａｔｉｏ邋ａｎｄ邋ａｘｉａｌ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｃｕｒｖｅｓ逡逑２．４邋ＣＦＲＰ材料温阻模型逡逑通常Ｅｓｈｅｌｂｙ－Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ邋（ＥＭＴ）方法被用来预测有效的热膨胀系数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ逡逑ｏｆ邋ｔｈｅｒｍａｌ邋ｅｘｐａｎｓｉｏｎ，简称邋ＣＴＥ）邋［７９－８１］0逡逑２．４．１邋ＣＦＲＰ材料有效热膨胀系数逡逑图２．３为ＬＣＦ复合材料单元的示意图。假设ＬＣＦ的ＣＴＥ为ａ１，基体的ＣＴＥ分别逡逑ａＧ。需说明的是，图２．３中沿纤维方向为纵向（沿着ｘ轴），垂直于截面方向为横向（沿逡逑着＞；轴和ｚ轴）。基于已有的研究思路，本节中ＬＣＦ视为横观各向同性材料，，环氧树脂逡逑为各向同性材料。逡逑▲逡逑Ｚ逡逑ａ逡逑长碳纤维＼邋＿＾环氧树脂逡逑Ｖ逡逑图２．３长碳纤}春喜牧系ピ疽馔煎义希疲椋纾澹玻冲澹樱悖瑁澹恚幔簦椋沐澹妫铮蝈澹徨澹欤铮睿珏澹悖幔颍猓铮铄澹妫椋猓澹蝈澹悖铮恚穑铮螅椋簦邋澹酰睿椋翦义媳恚玻擦谐隽擞萌然捣治鲆翘枷宋突费跏髦模茫裕偶捌涞阅Ａ俊ｅ义希保靛义
本文编号：2667035
【图文】：
逦（ｂ）直线逦（ｅ）凸曲线逡逑图２．２电阻变化率和轴向应变曲线的可能曲线［５３］逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｐｏｓｓｉｂｌｅ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｆｏｒ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ｒａｔｉｏ邋ａｎｄ邋ａｘｉａｌ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｃｕｒｖｅｓ逡逑２．４邋ＣＦＲＰ材料温阻模型逡逑通常Ｅｓｈｅｌｂｙ－Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ邋（ＥＭＴ）方法被用来预测有效的热膨胀系数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ逡逑ｏｆ邋ｔｈｅｒｍａｌ邋ｅｘｐａｎｓｉｏｎ，简称邋ＣＴＥ）邋［７９－８１］0逡逑２．４．１邋ＣＦＲＰ材料有效热膨胀系数逡逑图２．３为ＬＣＦ复合材料单元的示意图。假设ＬＣＦ的ＣＴＥ为ａ１，基体的ＣＴＥ分别逡逑ａＧ。需说明的是，图２．３中沿纤维方向为纵向（沿着ｘ轴），垂直于截面方向为横向（沿逡逑着＞；轴和ｚ轴）。基于已有的研究思路，本节中ＬＣＦ视为横观各向同性材料，，环氧树脂逡逑为各向同性材料。逡逑▲逡逑Ｚ逡逑ａ逡逑长碳纤维＼邋＿＾环氧树脂逡逑Ｖ逡逑图２．３长碳纤}春喜牧系ピ疽馔煎义希疲椋纾澹玻冲澹樱悖瑁澹恚幔簦椋沐澹妫铮蝈澹徨澹欤铮睿珏澹悖幔颍猓铮铄澹妫椋猓澹蝈澹悖铮恚穑铮螅椋簦邋澹酰睿椋翦义媳恚玻擦谐隽擞萌然捣治鲆翘枷宋突费跏髦模茫裕偶捌涞阅Ａ俊ｅ义希保靛义
本文编号：2667035
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/chengjian/2667035.html
