收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于电阻法碳布增强环氧树脂复合材料损伤自诊断的研究

谢小林  
【摘要】:碳/环氧复合材料具有优异的力学性能、耐热性、耐腐蚀性、耐疲劳性,在航空航天、武器装备、国民经济等方面有较广泛的应用。由于碳纤维有良好的导电性,在较高碳纤维含量的碳/环氧复合材料中碳纤维之间相互接触,形成导电网络。当受到外力作用时,复合材料内部结构会发生变化,引起导电网络的变化,进而导致复合材料电阻产生变化。因此,可以利用碳纤维作为复合材料外力传感器,通过复合材料电阻变化来反映其内部结构的变化。 本文选用在航空工业中广泛应用的G803/5224碳布增强环氧树脂预浸料为原料,按照[0/90]、[0/90/±45]、[±45]铺层方向,采用模压成型方法制备了碳纤维体积含量分别为56%、64%的碳/环氧复合材料;依据复合材料通道导电和隧道效应导电的模式,研究了温度变化对复合材料电阻的影响;研究分析了在拉伸、开孔拉伸、压缩、开孔压缩、弯曲、冲击条件下,复合材料的电阻随外力作用的变化规律,确定了复合材料损伤诊断依据;在综合分析冲击能量、冲击损伤(超声F扫描图)、剩余压缩强度、电阻变化等指标的基础上,提出了评价复合材料冲击损伤的新思路;编写了复合材料冲击损伤计算机诊断程序,构建了由复合材料、计算机、多通道数据采集器组成的复合材料冲击损伤自诊断系统,并通过试验得到了验证。 (1)在-50℃-160℃温度范围,不同规格复合材料的电阻均逐渐下降,复合材料表现出负温度系数效应。其中,[±45]8复合材料电阻下降幅度最大,降幅为9.37%。在(-50~-20)℃、(-20~130)℃、(130~160)℃等不同温度区间,随着温度升高,复合材料电阻下降速率并不相同。其中,在(-20-130)℃区间,复合材料电阻下降速率最大。 (2)在拉伸、开孔拉伸、压缩、开孔压缩、弯曲试验中,复合材料的破坏包括环氧树脂的普弹形变、强迫高弹形变、树脂裂纹、树脂破坏、复合材料分层、碳纤维断裂等形式,最终复合材料被破坏。在试验过程中,复合材料中的碳纤维接触状况、自由电子数目会发生变化,使得其中的导电通道、隧道导电效应产生变化从而引起电阻变化。 (3)在拉伸和开孔拉伸试验中,当[0/90]、[0/90/±45]复合材料应变大于1.8%,[±45]复合材料应变大于1.27%时,则在复合材料内部会产生拉伸损伤;当复合材料试样的电阻增幅超过此时的电阻增幅时,则可诊断复合材料试样中存在损伤。在压缩试验中,当[0/90]7、[0/90]8复合材料试样的电阻增幅分别超过3.6%、2.6%时,则可诊断复合材料试样中存在轻微的压缩损伤;当[0/90]7、[0/90]8复合材料试样的电阻增幅分别超过10.2%、3.4%时,则可诊断在复合材料试样中存在较严重的压缩损伤。在弯曲试验中,当[0/90]7、[0/90]8复合材料试样的电阻增幅分别超过25.8%、31.3%时,则可诊断复合材料试样已经断裂;同时,不能依据复合材料电阻变化情况反映复合材料断裂之前的状况。 (4)不同规格的复合材料冲击损伤的能量阈值和损伤容限的冲击能量阈值也各不相同。小于冲击损伤能量阈值的冲击,会使复合材料各电极点间电阻变小。大于冲击损伤能量阂值的冲击使冲击点周围的电极点电阻上升。在相同能量冲击下,不同电极点间电阻变化并不相同是因为冲击能量以冲击点为中心向四周呈放射状扩散,离冲击点越近,冲击作用越明显。大于损伤容限的冲击能量阈值的冲击不仅使复合材料电阻发生明显变化,而且复合材料会被冲击破坏。 (5)在冲击试验中,复合材料上由4个电极点围成的长×宽为6cm×5cm区域中,只要3个电极点或不连续的2个电极点的电阻增幅都小于由复合材料损伤容限冲击能量阈值所引起的所有电极点电阻第二增幅时,冲击后的复合材料仍处“正常”状态;当电阻增幅大于第三增幅时,冲击后的复合材料处于“损伤”状态;当电阻增幅大于穿孔性损伤所引起的第三增幅时,冲击后的复合材料处于“严重损伤”状态。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李润民 ,张引枝 ,刘振宇;CA SELECTS Carbon Graphite Fibers[J];新型炭材料;1993年01期
2 蒋汉生;;玻璃钢/复合材料在大型异形建筑结构中的应用特点[J];玻璃钢;1995年04期
3 王铁军;熊宁;周武平;秦思贵;;新型金属熔体浸渗复合材料的研究进展[J];机械工程材料;2006年09期
4 许幸新;刘传绍;赵波;;超声振动钻削SiC颗粒增强铝基复合材料时的切削力研究[J];工具技术;2007年01期
5 赵瑞方;华坚;聂建斌;;蜂窝状三维织物及其加强复合材料的研制[J];纺织科技进展;2007年05期
6 汪志芬;林华;张可喜;王江;符新;;淀粉/天然橡胶复合材料的研究[J];弹性体;2008年02期
7 陈雷;曾黎明;罗兰;张超;;聚醚醚酮树脂的改性及应用进展[J];塑料科技;2009年12期
8 赵德旭;李巧玲;;碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究进展[J];塑料科技;2009年12期
9 J.P.Giltrow;J.K.Lancaster;郑云翼;;碳纤维增强聚合物的摩擦和磨损[J];流体机械;1973年12期
10 复合材料软管技术协作组;无纸贴膜复合材料软管研制成功[J];日用化学工业;1979年06期
11 ;玻璃钢空隙含量测定方法[J];纤维复合材料;1980年01期
12 朱颐龄;设计玻璃钢/复合材料结构物时的一些考虑[J];玻璃钢/复合材料;1981年03期
13 岛村昭治;;取送能——飞轮、风车[J];纤维复合材料;1983年06期
14 赵瑞成;;未来的材料科学[J];未来与发展;1984年03期
15 朱洁;;高吸水聚合物及其复合材料[J];应用化工;1986年01期
16 王琪;;哈玻所白淳岳应邀参加日本FRP协会及CM学会年会[J];纤维复合材料;1986年04期
17 吴志仑;关于制定玻璃钢产业政策的若干基本观点[J];玻璃钢/复合材料;1988年03期
18 ;浸润剂对用作航天飞机纤维缠绕壳体的复合材料之影响[J];纤维复合材料;1988年04期
19 张凤翻;复合材料用几种新型树脂研究进展[J];材料工程;1989年01期
20 岑君石;聚苯硫醚复合材料的性能研究[J];塑料工业;1989年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何九领;鲁金华;;复合材料失效分析[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
2 刘时风;王勇;陶雪荣;陈显锋;;AU2000声-超声复合材料检测系统研制[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
3 佟景伟;沈珉;王世斌;李鸿琦;穆祥新;;复合材料变形与损伤的光力学细观实验系统[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
4 郜永娟;刘正英;杨鸣波;;注塑成型CB/iPP/HDPE复合材料电性能的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 马寒松;;纤维型Microstretch复合材料的面内有效弹性模量预测[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
6 张昌天;李晶晶;江大志;肖加余;;二维点阵复合材料圆筒结构软模辅助缠绕成型及轴向压缩性能研究[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
7 益小苏;王震;刘志真;杨慧丽;丁孟贤;李宏运;;高韧性树脂转移模塑聚酰亚胺复合材料技术[A];航空科学技术学科发展报告(2008-2009)[C];2009年
8 郑媛心;王言伦;王孝军;杨杰;;环氧树脂/AlN复合材料导热性研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
9 王先平;王伟国;李春;程帜军;方前锋;;Li_5La_3Ta_2O_(12)/Al基高阻尼复合材料的制备和阻尼性能[A];第九届全国固体内耗与力学谱及其应用学术会议论文集[C];2009年
10 杨宜谦;;复合材料在桥梁工程中的应用[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 袁辉;碳/碳复合材料刚度与强度预测模型研究[D];南京航空航天大学;2009年
2 聂军武;CoFe_2O_4-BaTiO_3磁电复合材料的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
3 袁磊;利用反应烧结法制备Si_3N_4复合材料及其多孔材料的研究[D];东北大学;2008年
4 许文娇;废弃环氧树脂再生技术及应用研究[D];东华大学;2011年
5 尹昌平;共注射RTM制备承载/隔热/防热一体化复合材料[D];国防科学技术大学;2009年
6 王宝来;三维编织复合材料的力学性能和尺寸效应研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 康建立;铜基体上原位合成碳纳米管(纤维)及其复合材料的性能[D];天津大学;2009年
8 庄健;Cu/TiC复合材料的制备,组织结构及摩擦磨损行为[D];吉林大学;2011年
9 韩相华;铁基微粉/粘合剂复合材料的微波吸收性能研究[D];兰州大学;2010年
10 孟黎清;飞机蜂窝结构动态冲击下的破坏机理及吸收能量分配机制[D];太原理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卜军;含端乙焕基硅/氮树脂及其复合材料的研究[D];华东理工大学;2012年
2 石品品;碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的制备和性能研究[D];华东理工大学;2012年
3 沈艳萍;高介电常数氰酸酯基复合材料的研究[D];苏州大学;2011年
4 蔡国锋;竹粉/聚丙烯复合材料的研究[D];华东理工大学;2012年
5 梁少旭;含孔隙复合材料的强度分析研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 李国琴;泡沫来层复合材料的制备及其力学和阻燃性能的研究[D];东华大学;2011年
7 金莹莹;周期微六面体点阵复合材料带隙阻尼特性研究[D];大连理工大学;2012年
8 蒋园园;光纤光栅传感器应用于复合材料损伤监测的研究[D];武汉理工大学;2012年
9 滕祥萌;复合材料闭合薄壁梁的模态阻尼预测[D];山东科技大学;2011年
10 姜舜;复合材料的多平面加强柱壳结构研究[D];华中科技大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 亚兰;亚什兰在华代理TA公司PVC复合材料[N];中国化工报;2008年
2 郑英;江阴自主研发产品获JEC复合材料展创新奖[N];江阴日报;2010年
3 黄丽娟胡伟滨 记者 王方遒;亚洲最大复合材料生产基地在哈建成[N];哈尔滨日报;2007年
4 朱剑红;中国建材收购德国企业[N];人民日报;2007年
5 记者 刘棉柳;EPMC复合材料发展进入新阶段[N];广东科技报;2005年
6 记者 杨静;中国复合材料集团锁定“三高”产品[N];中国建材报;2006年
7 尔基;专注指向成功[N];现代物流报;2007年
8 朱江;帝斯曼复合材料树脂集团推出两个新产品[N];中国建材报;2008年
9 广文;秦皇岛奥体中心获赠“复合材料轻型抗爆炸容器”[N];人民公安报;2008年
10 洋洋;澳大利亚将试飞模块化全复合材料无人机[N];中国航空报;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
  • 010-62982499
  • 010-62783978