许兆辉
,
朱建锋
,
丁勇
,
孙远振
,
李琦
玻璃钢/复合材料
碳纤维增强复合材料(简称CFRP)是一种优良的新型结构材料,同时具有较好的自感知特性,其力阻效应(电阻随应变的变化)明显.本文综述了国内外对碳纤维单丝、CFRP筋材和CFRP板等不同形式材料力阻效应的研究现状,总结了力阻效应灵敏度指标的相关研究成果,并对其变化规律及机理进行了探讨,指出了应用CFRP材料构建智能结构体系需进一步开展的研究工作.
关键词:
碳纤维复合材料
,
力阻效应
,
灵敏度
,
智能结构
,
电阻
郑华升
,
朱四荣
,
李卓球
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.11.018
以短切碳纤维毡和环氧树脂为原材料制成复合材料,考察了该材料在单向拉伸载荷下的力阻响应.实验结果表明,该材料具有正力阻效应(拉应变引起材料的电阻增大).其中,单层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻灵敏度可达13．9,但在加载过程中其电阻表现出逐渐衰减趋势；多层碳纤维毡/环氧树脂复合材料的力阻性能更为稳定,但随着层数的增加灵敏度逐渐降低,5层复合材料的力阻灵敏度下降到5．7.多层复合材料的立体导电网络是其稳定性提升和灵敏度下降的主要原因.将碳纤维毡/环氧树脂多层复合材料敷设在梁结构表面形成智能表层,利用其力阻性能实现了梁结构在循环载荷下的变形监测以及在单调载荷作用下损伤监测.
关键词:
碳纤维毡
,
环氧树脂
,
力阻效应
,
健康监测
方玺
,
朱四荣
,
李卓球
功能材料
碳纤维在复合材料基体中的分布较大程度地影响了碳纤维智能材料的感知特性,故需在微米尺度下研究多角度偏轴拉伸下的碳纤维单丝的力电功能响应。测试了不同角度拉伸环境下碳纤维单丝的电阻变化,并对其电阻的变化情况进行了分析。结果表明碳纤维单丝在外载荷偏轴拉伸作用下电阻变化与拉伸角度间存在非线性关系。外载荷在纤维方向产生的应变对电阻变化率的作用强于垂直纤维方向应变对电阻变化率的作用,62°拉伸角为正负力阻效应的临界角度。
关键词:
碳纤维
,
力阻效应
,
偏轴拉伸
,
电阻变化率
郑华升
,
李静
,
朱四荣
,
李卓球
玻璃钢/复合材料
以短切碳纤维毡和环氧树脂为原材料制备CFRP复合材料,提出将其作为智能表层用于GFRP结构变形监测.实验结果表明,CFRP智能表层具有稳定的伏安性能和力阻效应,随着拉应变的增加,其电阻表现出线性的可恢复的增大,且具有较好的稳定性;利用CFRP智能表层电阻变化,无论是将其敷设在受拉侧还是受压侧,均可实时监测GFRP梁的弯曲变形;通过采用不同电极布置方式的对比试验发现,CFRP智能表层的测试结果受到电极布置方式的影响,端部电极四电极法和表面电极四电极法的力阻灵敏度分别为5.9和7.3,而两电极法的灵敏度可达到13.1,但在稳定性方面四电极法优于两电极法.
关键词:
GFRP
,
CFRP
,
力阻效应
,
变形监测
朱四荣
,
郑华升
,
李卓球
复合材料学报
提出一种具有局部搭接结构的树脂基碳纤维智能层,将其敷设于结构表面以检测结构受载时的变形,实现对结构大范围临测.基于该智能层,采用单轴拉伸和三点弯曲的加载方式,对构件进行应变和位移检测.实验发现,碳纤维局部搭接结构是引起力阻效应的主要因素,其单位应变的电阻率变化的灵敏度达到104,相当于非搭接连续碳纤维复合材料力阻效应灵敏度的34倍.实验结果还进一步表明,树脂基搭接碳纤维智能层力阻曲线光滑稳定,其传感极限约为8500 με.建立了树脂基搭接碳纤维复合材料的电学模型,揭示了这种力阻效应主要来源于搭接界面处层问电阻的变化,并从纤维轴向力、搭接面积和层间剪应变三个方面解释了这种层问电阻变化的机制.
关键词:
碳纤维
,
局部搭接智能层
,
力阻效应
,
电学模型
,
层问电阻
梁戈
,
刘荣桂
,
许兆辉
,
谢桂华
,
黄俊捷
玻璃钢/复合材料
基于碳纤维复合材料传感原理,推导电阻变化率与应变的关系公式,通过CFRP试件轴向拉伸试验,得到试件的初始电阻和伏安特性曲线,研究了在三个不同的应变阶段,试件电阻变化率随应变的变化关系,并通过线性拟合得到初始阶段CFRP试件的灵敏度.试验结果表明:当应变小于0.8％时,电阻变化率随应变变化较快,表现出良好的线性关系,具有良好的力阻效应;当应变在0.8％～2.4％之间时,电阻变化率随应变的变化速度降低,电阻-应变关系曲线出现波动;当应变大于2.4％时,电阻变化率急剧增长,试件破坏.
关键词:
CFRP
,
力阻效应
,
电阻
,
应变
,
灵敏度
郑华升
,
朱四荣
,
李静
,
李卓球
,
张小玉
功能材料
自制装置构造构件的平面纯剪切变形,将薄层状的树脂基碳纤维复合材料（CFRP）粘贴在构件的纯剪切区域表面,在弹性范围内分析了CFRP的电阻对平面纯剪切变形的响应。实验结果表明,剪应变导致单向连续碳纤维增强的CFRP的纵向电阻变化不明显,其剪切力阻效应灵敏度约为0.16;碳纤维毡增强的CFRP具有显著的剪切力阻效应,其电阻表现出随剪应变线性的可恢复的增加,其剪切力阻效应灵敏度约为2.58。结合线应变致力阻效应产生机制,并通过CFRP细观结构的分析得出,纤维的随机乱向分布及纤维搭接形态的多样性是碳纤维毡增强的CFRP存在剪切力阻效应的主要原因。
关键词:
CFRP
,
平面纯剪切
,
力阻效应
