收藏本站
《武汉理工大学》 2002年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

碳纤维混凝土与素混凝土的力电机敏性及应用研究

孙明清  
【摘要】: 混凝土是用量最大的建筑材料,由于锈蚀、环境侵蚀及人为因素等作用,一些混凝土结构出现严重损伤,有的甚至发生突然的脆性断裂,造成灾难性的后果。因此,进行有关重大土木基础设施的安全健康监测和自适应控制系统的探索与研究是一项涉及到国家可持续发展的重要科学技术问题。本文开展碳纤维混凝土和素混凝土的力电机敏性和工程应用研究将为混凝土结构的智能化提供了理论和实验基础,使混凝土结构集承载、感知、驱动等功能于一身。该项研究也是智能材料与结构研究的主要方向之一。 本文对碳纤维混凝土和素混凝土机敏性的国内外研究现状进行了全面的评述,在大量实验分析的基础上,系统地研究了碳纤维混凝土和素混凝土的力电机敏性,研究了力电效应机理、力电效应与其它效应(压阻效应、塞贝克效应等)的耦合关系、基于力电效应的混凝土电学模型、混凝土电磁发射现象、混凝土力电效应的数学模型等;论文同时对混凝土和素混凝土的电力效应、碳纤维混凝土电力效应与电热效应的耦合关系等进行了探讨;最后开展了基于力电效应的机敏混凝土结构应用研究。取得了如下成果: (1)揭示了碳纤维混凝土和素混凝土所受载荷和由此产生的电流强度之间的一一对应关系。研究表明,所产生的电流强度随载荷增加而增加,不同组成混凝土的力电敏感性不同。因此,力电机敏性可望用于混凝土结构的应力诊断,从而为智能混凝土结构的实现开辟了新的途径。 (2)提出了混凝土内固/液界面偶电层和离子分布模型,依据此模型阐明了碳纤维混凝土和素混凝土力电效应的微观机理。在此基础上,通过离子极化效应因混凝土干燥和外加压力而减小等两个事实进一步验证了力电效应机理。 (3)针对混凝土在载荷作用下的力电响应,提出了混凝土在有源情形下的电学模型,根据这一模型给出了混凝土力电效应的测试原理。 (4)揭示了混凝土在准静载下裂纹扩展与电发射脉冲之间的关系。研究表明,混凝土随裂纹的扩展产生幅值逐渐增加的电发射脉冲;混凝土随材料组成不同在开裂时产生不同形式的电发射脉冲。以此为基础提出了混凝土裂纹扩展电磁辐射模型,近似估计了混凝土电磁发射的强度和上限频率。利用混凝土结构在裂纹扩展过程中所产生的电磁信息可以进行结构诊断和监测。 (5)依据非平衡态热力学建立了混凝土中应变梯度和电势梯度、应变梯 此汉理卜人学附士学位论文 度和电场强度等力电关系的数学模型。 (6)得出了碳纤维混凝土和素混颁土在外加电场作用下,山电场产生的 变形与电场的对应关系,表明电场引起的变形随外加电压的增加而增加,梁弯 曲的方向随电场方向而变化,碳纤维混凝土比素混凝土具有高的电力敏感性。 门)阐明了碳纤维混凝土的力电、电力效应与其它相关的效应(压阻效 应、塞贝克效应、电热效应等)的耦合关系。碳纤维混凝土的力电效应对压阻 效应的影响不大。但在外力和温度梯度同时作用下,力电效应、塞贝克效应的 相互影响较大,并提出了若干减小耦合影响的方法。碳纤维混凝土的电力效应 与电热效应的耦合关系明显,一方面,电力效应中包含有电热效应的贡献;另 一方面,电力效应所引起的微结构变化导致碳纤维混凝土电阻的增加。 (8)开展了基于碳纤维混凝土和素混凝土力电效应的机敏混凝土结构应 用研究。从混凝土本身的力电效应出发,混凝土梁具有了应力感知功能,这是 一种本征性的机敏结构。将碳纤维混凝土试块埋入混凝土梁中也能实现应力诊 断功能。凭借电发射混凝土梁还具有感知冲击载荷的能力,可望用于混凝土 强度和缺陷的无损检测。 以上研究成果,对深人认识碳纤维混凝土和素混凝土的力电特性和机理, 为智能混凝土及其结构系统的进一步研究应用,具有重要的理论意义和广阔的 应用价值。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TU528

手机知网App
【相似文献】
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 吴忠良;浅论智能混凝土的研究和发展[N];中华建筑报;2010年
2 陈兴义;论传统混凝土材料的未来发展趋势[N];建筑时报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 孙明清;碳纤维混凝土与素混凝土的力电机敏性及应用研究[D];武汉理工大学;2002年
2 王楠;利用原子力显微镜在纳米尺度上研究蛋白质的力电效应[D];重庆大学;2004年
3 黄世峰;水泥基压电复合材料的制备及其性能研究[D];武汉理工大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 王宇;碳纤维水泥基复合材料受弯构件的力电效应研究[D];东北大学;2008年
2 郦光丰;骨组织力电效应及成骨细胞离体培养的数值分析[D];重庆大学;2002年
3 陆见广;碳纤维智能混凝土梁的力电效应研究[D];南京理工大学;2007年
4 胡雅莉;水泥基压电复合材料的性能及其应用研究[D];济南大学;2006年
5 邱虎;碳纤维水泥基复合材料力电性能尺寸效应研究[D];华东交通大学;2011年
6 杨伟东;碳纤维混凝土导电性及力电性能试验研究[D];大庆石油学院;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026