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《武汉理工大学》 2010年
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树脂基碳纤维智能层的功能特性及其机理研究

郑华升  
【摘要】:本课题是在国家自然科学基金项目.“基于核安全壳应力监测的复合敏感层传感机理及成像”的资助下,以大型结构的长期健康监测为目的,开展树脂基碳纤维智能层的功能特性及其机理研究。研究内容包括树脂基碳纤维智能层的一维、二维力阻效应、力阻机理、温敏效应及其机理、以及相关应用研究。主要获得了以下几个方面的研究成果: (1)通过构造单向应变场,得到了树脂基碳纤维智能层对单向的纵向应变或单向的横向应变的响应,其结果表明这两个方向的应变均能引起树脂基碳纤维智能层电阻的增大,进一步的分析揭示出这两种应变对智能层电阻率的影响系数;在此基础上构建了平面二维应变作用下的力阻效应本构模型,根据偏轴加载的试验结果,采用一剪应变影响因子对该本构模型进行了修正。 (2)建立了树脂基碳纤维智能层的叠层构造,分析了碳纤维叠层中的2种接触界面,即搭接式接触和交叉式接触。通过实验发现了这两种碳纤维接触界面的高力阻灵敏性和良好的稳定性,从而揭示了树脂基碳纤维智能层力阻效应的机理;并对搭接式接触的界面电阻建立电学模型,分析了界面力阻效应的产生机制。 (3)揭示了环氧树脂基碳纤维智能层的温敏效应。树脂基碳纤维智能层在-10℃-25℃表现出NTC效应,在25℃-50℃表现出PTC效应;进一步的实验表明智能层在NTC效应和PTC效应独立表现阶段具有温度传感特性;通过实验揭示了树脂基中碳纤维单丝电阻随温度线性变化的NTC效应和树脂基中碳纤维接触电阻随温度非线性变化的的PTC效应,并在此基础上解释了树脂基碳纤维智能层的温敏响应机制。 (4)通过对被测结构预制缺陷,揭示了树脂基碳纤维智能层对结构损伤的敏感性,基于该敏感性,利用碳纤维智能层有效地监测了混凝土梁结构在单调载荷下作用下损伤产生过程。 (5)阐明了温度对变形检测的影响效应。温度变化对变形检测的影响体现在两方面:一方面温敏效应直接导致电阻的变化;另一方面温度的升高导致智能层灵敏度的上升。此外,在实验中采用差动解耦方式,实现了变形检测中的温度补偿。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O344.1

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