基于樹脂基碳纖維智能材料的板結構應變監(jiān)測研究.pdf

1、本課題是在國家自然科學基金資助項目“基于核安全殼應力監(jiān)測的復合敏感層傳感機理及其成像”（項目編號50878169）的資助下，以監(jiān)測結構的服役狀態(tài)為目的，分別研究了樹脂基碳纖維智能條在單向應變和平面應變作用下的力阻效應，并利用其力阻效應監(jiān)測結構平面應力應變狀態(tài)，實現(xiàn)了“點”的應變檢測，進一步建立了基于遺傳算法的碳纖維智能層ERT反演，從而實現(xiàn)對結構的全域健康監(jiān)測。
　　 具體的研究內(nèi)容及成果有:
　　 (1)對比研究了碳纖

2、維智能條在單向拉伸與單向應變（均沿碳纖維智能條軸向）作用下的力阻效應，結果表明，在軸向應變大小相同的情況，單向應力作用下引起的電阻變化率（在應變相同情況下即力阻效應靈敏系數(shù)）要比單向應變作用的大。結果表明軸向應變與橫向應變均引起試樣樹脂基碳纖維智能材料的力阻效應，其作用機理是應變改變相鄰碳纖維的搭接程度，導致其電阻的變化。
　　 (2)對比研究了碳纖維智能條僅受有沿軸向的應變與沿橫向的應變作用下的力阻效應，結果表明，在相同大小應

3、變作用下，橫向應變作用引起的相對電阻變化率比軸向應變作用引起的大，橫向應變主要引起相鄰碳纖維之間的接觸電阻變化。說明橫向應變也是引起碳纖維智能層電阻變化的主要因素之一。
　　 (3)基于碳纖維智能條良好的傳感特性和導電性，將其雙向敷設在玻璃鋼板構的表面來監(jiān)測其結構應變。以四角點簡支玻璃鋼板為例，在玻璃鋼板任意處單調(diào)加載，標定碳纖維智能條表面電阻系數(shù);在此基礎上，對中心循環(huán)加載的工況進行應變檢測，由碳纖維智能條監(jiān)測計算得出的應變和

4、用應變片檢測的應變大小吻合很好，表明碳纖維智能條檢測點的應變是可行的。
　　 (4)編制了基于遺傳算法的碳纖維智能層ERT反演系統(tǒng)程序。ERT反演系統(tǒng)由正演問題和反演問題兩部分構成，其中正問題在ANSYS有限元軟件中求解，其所得周邊電壓值作為反問題的目標函數(shù);反問題運用遺傳算法，并利用Matlab調(diào)用ANSYS計算，從而得到智能層的電阻率分布，其電阻率的分布能真實的反應結構的應變。結果表明本文研制的基于遺傳算法的碳纖維智能層ER