连续碳纤维缠绕结构应力应变自监测方法研究

发布时间：2020-05-28 16:57

【摘要】：碳纤维作为一种轻质增强纤维材料已经在诸多重要工程领域得到了广泛应用。同时,因具备了力阻效应、热阻效应等特性,碳纤维有望成为一种良好的自感知智能材料,使得现有的复合材料结构可以在避免嵌入外部传感器的前提下实现应力应变、温升等重要物理参数的自我监测。另一方面,随着碳纤维复合材料越来越多地被应用到压力容器、输送管道等重要承压结构中,对其应力应变及损伤情况的监测直接关系到工业生产的安全,成为亟待解决的关键问题。基于此,论文开展连续碳纤维缠绕结构的自监测研究,探索在圆柱曲面结构中碳纤维的力阻特性、感知机理和应力应变自监测方法。首先,研究连续碳纤维束的力阻效应和传感特性。基本传感特性实验表明其具有良好伏安特性,且通电30分钟后电阻值达到稳定状态。碳纤维束的单轴拉伸测试结果显示整个拉伸过程呈现预拉伸、拉伸及断裂三个阶段。之后,对碳纤维裸束和树脂基碳纤维样品分别进行循环拉伸测试,结果均表现出了良好的力阻特性,根据拉伸阶段载荷和电阻数据得到实验所用碳纤维束的灵敏度系数为0.8274。第二,研究单层连续碳缠绕薄壁圆柱结构内压感知性能。首先通过对该结构进行受力和几何形变分析,得到了内压-应变-电阻相对变化率之间的关系。实验测得在缠绕角度为84°时,结构自监测结果和实际内压之间误差均值为3.0 9%。第三,研究单层连续碳纤维缠绕圆柱结构轴压感知性能。首先通过ANSYS仿真分析得到结构的近似杨氏模量,然后通过静力学和几何形变分析得到轴压-应变-电阻相对变化率之间的关系。最后通过压缩实验得出,碳纤维束缠绕角为87°的自监测结果和实际轴向压力平均误差为 4.18%。最后,探讨了碳纤维缠绕圆柱结构在流体系统监测中的应用。针对管道内出现均匀沉积和局部堵塞两种情况开展模拟实验。实验结果显示,碳纤维电阻相对变化率能够对管道内的流体参数变化做出响应。当管内出现沉积或有局部堵塞时,出水口流量会下降,对应的碳纤维电阻相对变化率会增加。研究结揭示了碳纤维在软管结构健康监测中的应用前景。
【图文】：

结构健康监测系统

量不同和服役环境的不同都会对结构安全产生不同的影响，通过ＳＨＭ系统收集到的结构逡逑数据，能够识别出危险结构以及危险区域，从而协助工作人员对相关结构更换或修缮。结逡逑构健康监测系统如图１．２所示，主要包含传感器系统、信息采集与处理系统、信息通信与逡逑传输系统以及信息分析与监控系统１２９１。逡逑ｒ逦丨丨逦｜逦丨逦Ｉ邋ｒ逦逦逦－］逡逑！｜邋Ｗ邋Ｌ．Ｉ邋｜｜邋Ｉ逦Ｉ邋ｒｉＳｆＴｌＩ邋丨邋＿数＾７＾１逦Ｉｆｌ；逡逑逦＇１逦传感邋｜邋｜邋采集！邋１逦Ｉ邋Ｉ邋－ｌ，楚构■？远ｋ邋｜逡逑大，丨Ｉ逦１逦＃ｒ邋设丨丨邋一１逦｜邋｜￣Ｊ一邋｜邋！逦１＇＾邋Ｗ邋：ｌｌ邋ｆｔ输邋Ｉ逡逑｜邋１体性逦ｊ邋Ｉ数祸ｊ逦逦［邋Ｉ逦，，，，，！，？，邋Ｌ邋＿邋报＝命动态Ｉ逡逑逦丨态餐数邋逦Ｉ逦＿邋丨Ｗ特Ｍ丨ｉ逦ｉ玄断逦数据Ｉ逡逑丨Ｉ逦；邋；邋逦邋！邋｜逦＇！邋”以：————ｉ邋ｌ！逡逑ｉ传＿统ｉ逦ｉ曑撕墟~#统Ｉ逡逑Ｉ逦－邋邋逦－ｉ逦１邋Ｉ逦１逡逑图１．２结构健康监测系统逡逑总体上，基于传感器的诊断和监测系统总共有两种方式：被动感应和主动感应［３（）｜。被逡逑动感应ＳＨＭ利用一系列传感元件如加速度计、压电传感器、光纤等判断结构周围的环境逡逑和局部参数，如外部载荷、初期损伤、环境湿度、温度等；主动感应ＳＨＭ利用换能器监逡逑测上述参数，这些换能器既能用作传感元件也可用作驱动元件。逡逑西安交通大学的陈雪峰等１３１１对目前国内外复合材料_た导嗖夤丶际踅辛讼晗傅腻义匣阕埽绫恚保菜尽ｅ义希靛义

本文编号：2685544

资料下载

论文发表

支付宝下载

Download by Alipay
微信下载

Download by Wechat
会员下载

Download by Member

本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2685544.html

上一篇：含天然气水合物多孔介质的复电阻率特性及饱和度计算模型研究
下一篇：年产7600吨亚磷酸三甲酯生产车间的工艺设计

论文发表

·知网|万方|维普|龙源|省级|国家级|科技核心|北大核心|南大核心CSSCI|EI|SCI|SSCI|