自感知水泥基复合材料电学和力学性能及在桥梁健康监测中的应用研究
发布时间：2021-04-03 19:27
石墨烯具有局域超强的导电性、很高的电子迁移率和导热系数,力学性能好、稳定性高,是自感知水泥基复合材料的优异填充材料,石墨烯的掺入为自感知水泥基复合材料的发展提供了广阔的应用前景。本文基于ANSYS软件对自感知水泥基复合材料的电学性能和力学性能进行了研究,主要研究内容如下:（1）采用ANSYS中的APDL建立三维自感知水泥基复合材料的随机分布模型,模拟了不同长宽比、不同体积分数比的石墨烯改性水泥基复合材料模型在电压作用下的电流矢量密度和有效电阻率分布。结果显示:在相同电压加载作用下,复合材料的导电性随着石墨烯掺量的增加而增大;在相同石墨烯体积掺量下,石墨烯的长宽比越小,复合材料的导电性越好;复合材料的有效电阻率随着石墨烯掺量的增加而降低;在石墨烯体积掺量相同的情况下,石墨烯的长宽比越小复合材料的有效电阻率越小。（2）用ANSYS建立石墨烯体积分数分别为0.04%和0.05%的复合材料模型,模拟了这两种模型在拉伸荷载作用下的von Mises应力和第一主应力云图分布图。模拟结果显示:石墨烯掺量为0.04%的复合材料在拉伸形变的作用下,von Mises应力分布较为均匀且应力较小,且增强体两...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自感知水泥基复合材料模型
第2章自感知水泥基复合材料的电学性能模拟13c体分比0.40%d体分比0.60%e体分比0.80%图2.4不同体积分数下复合材料电流密度分布Fig.2.4Currentdensitydistributionofcompositematerialsunderdifferentvolumefractions
沈阳工业大学硕士学位论文142.2.2不同石墨烯长宽比的自感知水泥基复合材料电流矢量密度分布图2.5为石墨烯长宽比分别为1:1、1:2、1:3和1:4的自感知水泥基复合材料的有限元模型。a长宽比1:1b长宽比1:2c长宽比1:3d长宽比1:4图2.5自感知水泥基复合材料模型Fig.2.5Self-sensingcement-basedcompositematerialmodel图2.6为石墨烯长宽比分别为1：1、1：2、1：3和1：4的自感知水泥基复合材料模型的电流密度矢量分布图。由图中云图分布可见，石墨烯长宽比越小，自感知水泥基复合材料内部电流就越大，从而导电性就越大，复合材料的内部就越易形成导电网络。这是由于在石墨烯体积掺量相同的情况下，长宽比越小，自感知水泥基复合材料内部的石墨烯数量越多，而石墨烯数量的增加将会产生两个方面的结果：1）复合材料内部的石墨烯纵向沿电场分布的数量会更多；2）复合材料内部石墨烯相互接触的几率增大，石墨烯自身就具有导电性，复合材料内部会更容易形成导电网络。这就是为什么长宽比越小而自感知水泥基复合材料内部电流越大、越容易形成导电网络、导电性越强的原因。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢管混凝土拱梁组合体系桥梁施工阶段拱座应力分析[J]. 邵小军. 西部交通科技. 2019(09)
[2]氧化石墨烯对隧道衬砌混凝土性能的影响[J]. 薛立强. 科学技术与工程. 2017(22)
[3]岩石材料冲击压缩特性细观模拟方法研究[J]. 伍杨,张先锋,熊玮,潘建,乔良,郭磊. 岩土力学. 2017(06)
[4]石墨烯纳米片对水泥基复合材料力学性能的影响[J]. 王辉,刘爱红,李航. 混凝土与水泥制品. 2015(12)
[5]碳纳米管水泥基复合材料电学性能数值模拟[J]. 牛建伟,王云洋,丁思齐,姜海峰,韩宝国. 功能材料. 2015(01)
[6]Effect of Carbon Nanotube Orientation on Mechanical Properties and Thermal Expansion Coefficient of Carbon Nanotube-Reinforced Aluminum Matrix Composites[J]. Z.Y.Liu,B.L.Xiao,W.G.Wang,Z.Y.Ma. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(05)
[7]氧化石墨烯对水泥石微观结构及性能的影响[J]. 吕生华,马宇娟,邱超超,巨浩波. 混凝土. 2013(08)
[8]陶瓷纤维混凝土的抗冲击性能试验研究[J]. 苏灏扬,许金余,白二雷,罗鑫,席阳阳. 建筑材料学报. 2013(02)
[9]玄武岩纤维与碳纤维加固短柱抗震试验研究[J]. 欧阳利军,丁斌,陆洲导,余江滔. 同济大学学报(自然科学版). 2013(02)
[10]霍尼韦尔助力中国用户实现“可持续发展”[J]. 顾硕. 自动化博览. 2012(12)
博士论文
[1]机敏混凝土的压敏性及钢筋腐蚀与防护机理研究[D]. 范晓明.武汉理工大学 2009
[2]多壁碳纳米管增强M140DSP砂浆的力学性能研究[D]. 高良丽.大连理工大学 2009
[3]基于连续介质力学的碳纳米管若干力学问题研究[D]. 谢根全.湖南大学 2006
硕士论文
[1]混凝土梁抗剪加固效果监测与评估[D]. 靳凯.东南大学 2018
[2]自感知碳纳米管水泥基复合材料及其在交通探测中的应用[D]. 姜海峰.哈尔滨工业大学 2012
[3]应用ANSYS软件分析连续梁桥的动态响应[D]. 高陈燕.长安大学 2008
[4]基于细观力学的混凝土材料特性研究[D]. 范文清.河海大学 2007
[5]智能压力传感器的设计[D]. 李国玉.河北工业大学 2004
本文编号：3116941
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
自感知水泥基复合材料模型
第2章自感知水泥基复合材料的电学性能模拟13c体分比0.40%d体分比0.60%e体分比0.80%图2.4不同体积分数下复合材料电流密度分布Fig.2.4Currentdensitydistributionofcompositematerialsunderdifferentvolumefractions
沈阳工业大学硕士学位论文142.2.2不同石墨烯长宽比的自感知水泥基复合材料电流矢量密度分布图2.5为石墨烯长宽比分别为1:1、1:2、1:3和1:4的自感知水泥基复合材料的有限元模型。a长宽比1:1b长宽比1:2c长宽比1:3d长宽比1:4图2.5自感知水泥基复合材料模型Fig.2.5Self-sensingcement-basedcompositematerialmodel图2.6为石墨烯长宽比分别为1：1、1：2、1：3和1：4的自感知水泥基复合材料模型的电流密度矢量分布图。由图中云图分布可见，石墨烯长宽比越小，自感知水泥基复合材料内部电流就越大，从而导电性就越大，复合材料的内部就越易形成导电网络。这是由于在石墨烯体积掺量相同的情况下，长宽比越小，自感知水泥基复合材料内部的石墨烯数量越多，而石墨烯数量的增加将会产生两个方面的结果：1）复合材料内部的石墨烯纵向沿电场分布的数量会更多；2）复合材料内部石墨烯相互接触的几率增大，石墨烯自身就具有导电性，复合材料内部会更容易形成导电网络。这就是为什么长宽比越小而自感知水泥基复合材料内部电流越大、越容易形成导电网络、导电性越强的原因。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢管混凝土拱梁组合体系桥梁施工阶段拱座应力分析[J]. 邵小军. 西部交通科技. 2019(09)
[2]氧化石墨烯对隧道衬砌混凝土性能的影响[J]. 薛立强. 科学技术与工程. 2017(22)
[3]岩石材料冲击压缩特性细观模拟方法研究[J]. 伍杨,张先锋,熊玮,潘建,乔良,郭磊. 岩土力学. 2017(06)
[4]石墨烯纳米片对水泥基复合材料力学性能的影响[J]. 王辉,刘爱红,李航. 混凝土与水泥制品. 2015(12)
[5]碳纳米管水泥基复合材料电学性能数值模拟[J]. 牛建伟,王云洋,丁思齐,姜海峰,韩宝国. 功能材料. 2015(01)
[6]Effect of Carbon Nanotube Orientation on Mechanical Properties and Thermal Expansion Coefficient of Carbon Nanotube-Reinforced Aluminum Matrix Composites[J]. Z.Y.Liu,B.L.Xiao,W.G.Wang,Z.Y.Ma. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(05)
[7]氧化石墨烯对水泥石微观结构及性能的影响[J]. 吕生华,马宇娟,邱超超,巨浩波. 混凝土. 2013(08)
[8]陶瓷纤维混凝土的抗冲击性能试验研究[J]. 苏灏扬,许金余,白二雷,罗鑫,席阳阳. 建筑材料学报. 2013(02)
[9]玄武岩纤维与碳纤维加固短柱抗震试验研究[J]. 欧阳利军,丁斌,陆洲导,余江滔. 同济大学学报(自然科学版). 2013(02)
[10]霍尼韦尔助力中国用户实现“可持续发展”[J]. 顾硕. 自动化博览. 2012(12)
博士论文
[1]机敏混凝土的压敏性及钢筋腐蚀与防护机理研究[D]. 范晓明.武汉理工大学 2009
[2]多壁碳纳米管增强M140DSP砂浆的力学性能研究[D]. 高良丽.大连理工大学 2009
[3]基于连续介质力学的碳纳米管若干力学问题研究[D]. 谢根全.湖南大学 2006
硕士论文
[1]混凝土梁抗剪加固效果监测与评估[D]. 靳凯.东南大学 2018
[2]自感知碳纳米管水泥基复合材料及其在交通探测中的应用[D]. 姜海峰.哈尔滨工业大学 2012
[3]应用ANSYS软件分析连续梁桥的动态响应[D]. 高陈燕.长安大学 2008
[4]基于细观力学的混凝土材料特性研究[D]. 范文清.河海大学 2007
[5]智能压力传感器的设计[D]. 李国玉.河北工业大学 2004
本文编号：3116941
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