樹脂基碳纖維智能層的功能特性及期機理研究.pdf

1、本課題是在國家自然科學基金項目“基于核安全殼應(yīng)力監(jiān)測的復(fù)合敏感層傳感機理及成像”的資助下,以大型結(jié)構(gòu)的長期健康監(jiān)測為目的,開展樹脂基碳纖維智能層的功能特性及其機理研究。研究內(nèi)容包括樹脂基碳纖維智能層的一維、二維力阻效應(yīng)、力阻機理、溫敏效應(yīng)及其機理、以及相關(guān)應(yīng)用研究。主要獲得了以下幾個方面的研究成果:
　　 (1)通過構(gòu)造單向應(yīng)變場,得到了樹脂基碳纖維智能層對單向的縱向應(yīng)變或單向的橫向應(yīng)變的響應(yīng),其結(jié)果表明這兩個方向的應(yīng)變均能引起

2、樹脂基碳纖維智能層電阻的增大,進一步的分析揭示出這兩種應(yīng)變對智能層電阻率的影響系數(shù);在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了平面二維應(yīng)變作用下的力阻效應(yīng)本構(gòu)模型,根據(jù)偏軸加載的試驗結(jié)果,采用一剪應(yīng)變影響因子對該本構(gòu)模型進行了修正。
　　 (2)建立了樹脂基碳纖維智能層的疊層構(gòu)造,分析了碳纖維疊層中的2種接觸界而,即搭接式接觸和交叉式接觸。通過實驗發(fā)現(xiàn)了這兩種碳纖維接觸界面的高力阻靈敏性和良好的穩(wěn)定性,從而揭示了樹脂基碳纖維智能層力阻效應(yīng)的機理;并對搭接

3、式接觸的界面電阻建立電學模型,分析了界面力阻效應(yīng)的產(chǎn)生機制。
　　 (3)揭示了環(huán)氧樹脂基碳纖維智能層的溫敏效應(yīng)。樹脂基碳纖維智能層在-10℃～25℃表現(xiàn)出NTC效應(yīng),在25℃～50℃表現(xiàn)出PTC效應(yīng);進一步的實驗表明智能層在NTC效應(yīng)和PTC效應(yīng)獨立表現(xiàn)階段具有溫度傳感特性;通過實驗揭示了樹脂基中碳纖維單絲電阻隨溫度線性變化的NTC效應(yīng)和樹脂基中碳纖維接觸電阻隨溫度非線性變化的的PTC效應(yīng),并在此基礎(chǔ)上解釋了樹脂基碳纖維智能層