基于碳纳米管纱线扭电能的复合材料损伤监测

发布时间：2022-01-09 08:58

　　为实现航天结构制件内部损伤的全面监测,基于碳纳米管纱线扭电能特征的发现,提出了航天结构制件内部损伤实时监测新方法。采用三维六向编织技术将碳纳米管纱线嵌入到航天复合材料结构制件中,构建了新型的智能三维复合材料;证明了制件内部产生损伤时,内部的碳纳米管纱线捻度发生变化可产生扭电能;采用主成分分析和损伤指数理论对碳纳米管纱线的扭电能数据进行分析。结果表明:三维编织复合材料试件内部的树脂断裂、孔洞和试件的微小裂纹可引起扭电能的变化,碳纳米管纱线扭电能对于试件内部损伤具有很高的识别能力,损伤识别精度达到0. 002 mm,该研究对推进航天结构的智能监测具有重要意义。 

【文章来源】：纺织学报. 2020,41(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

0 试件1#和3#拉伸Q值

为保证嵌入三维编织复合材料中的CNT纱线不弯曲，本文采用三维六向四步法编织技术将CNT纱线与碳纤维纱线共同编织，构建新型三维智能复合材料。图1示出三维六向四步法编织工艺示意图。三维六向四步法编织技术是由三维五向编织工艺发展出的编织技术，是在第六向编织方向上设置编织纱，并且轴纱数量和第六向纱数量按需要可以调整。图2示出三维六向携纱器排布规律示意图。图中:△表示轴纱(CNT纱线)携纱器;○表示编织纱(碳纤维)携纱器;—表示引入的第六向纱线(CNT纱线)。在编织过程中，编织纱携纱器的运动由沿行和列交替运动组成，与四步法携纱器运动过程相同，纱线在携纱器的引导下进行运动和空中取向，而轴纱携纱器只在行的方向上平动，经过一个机器循环回到原始处。携纱器每运动2步后，进行“打紧”，沿行的方向加入纬纱(CNT纱线)，包括最外层的边纱部位，纬纱在垂直于轴向纱的方向来回穿梭。整个编织过程的轴纱和纬纱都不参加编织，分别在编织成型和宽度方向上均匀地夹在编织纱之间的空隙内，在这种编织结构的每一个机器循环中，编织纱携纱器运动仍为4步，且每步运动距离相等，轴向纱携纱器只沿行向运动，不沿列向运动，保持直线状态。

三维六向四步法编织技术是由三维五向编织工艺发展出的编织技术，是在第六向编织方向上设置编织纱，并且轴纱数量和第六向纱数量按需要可以调整。图2示出三维六向携纱器排布规律示意图。图中:△表示轴纱(CNT纱线)携纱器;○表示编织纱(碳纤维)携纱器;—表示引入的第六向纱线(CNT纱线)。在编织过程中，编织纱携纱器的运动由沿行和列交替运动组成，与四步法携纱器运动过程相同，纱线在携纱器的引导下进行运动和空中取向，而轴纱携纱器只在行的方向上平动，经过一个机器循环回到原始处。携纱器每运动2步后，进行“打紧”，沿行的方向加入纬纱(CNT纱线)，包括最外层的边纱部位，纬纱在垂直于轴向纱的方向来回穿梭。整个编织过程的轴纱和纬纱都不参加编织，分别在编织成型和宽度方向上均匀地夹在编织纱之间的空隙内，在这种编织结构的每一个机器循环中，编织纱携纱器运动仍为4步，且每步运动距离相等，轴向纱携纱器只沿行向运动，不沿列向运动，保持直线状态。2 CNT纱线扭电能变化规律

【参考文献】：
期刊论文
[1]智能复合材料中碳纳米管纱线参数设计及其变化特征[J]. 万振凯,李鹏,贾敏瑞,包玮琛,裘旭光.  纺织学报. 2018(06)
[2]复合材料结构损伤识别与健康监测展望[J]. 陈雪峰,杨志勃,田绍华,孙瑜,孙若斌,左浩,许才彬.  振动.测试与诊断. 2018(01)
[3]基于碳纳米线传感器的三维六向编织复合材料内部损伤定位[J]. 万振凯,张志钢,贾敏瑞,包玮琛,董卿霞.  纺织学报. 2017(08)
[4]基于损伤指数的三维编织复合材料结构损伤评估[J]. 万振凯,贡丽英,万莉.  纺织学报. 2017(05)
[5]碳纳米线的制备与特性分析研究[J]. 郭建民,万振凯.  兵器材料科学与工程. 2016(03)
[6]嵌入碳纳米线的三维编织复合材料损伤监测[J]. 郭建民,万振凯.  纺织学报. 2016(04)
[7]碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备及力敏特性研究[J]. 安萍,郭浩,陈萌,赵苗苗,杨江涛,刘俊,薛晨阳,唐军.  物理学报. 2014(23)



本文编号：3578387