[發明專利]一種基于碳納米管三維編織復合材料的健康監測方法

無效

• 申請號: 201010606811.8
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102564290A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 萬振凱
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01B21/02
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 劉明華

技術領域

本發明屬于復合材料健康監測領域，具體涉及一種基于碳納米管三維編織復合材料的健康監測方法。

背景技術

三維編織復合材料是由三維編織預制件增強的一種新型的復合材料。復合材料三維整體編織技術是八十年代發展起來的高新紡織技術，它具有異型件一次編織成型、結構不分層、強度高、耐燒蝕、整體性能好和結構設計靈活等特點，因而這種復合材料結構形式倍受關注。在國外，三維整體編織技術已經在航天、航空、交通、化工、體育、醫療等領域得到了廣泛的應用，對三維編織復合材料的力學性能分析對于他的應用具有重要價值(請參考Li?W?Hammad，EI-Shiekh?A.Structural?analysis?of?3-D?braided?preforms?for?composites，part?I：The?four-step，preform[J].J.Text?Inst，1990，81(40)：515-537.)。

由于三維編織復合材料主要是承載材料，在承載過程中則會由于高溫、高壓、腐蝕、材料老化以及高空中的環境等不利因素的影響以及各種復雜載荷的聯合作用產生疲勞和損傷。因此作為航天主要承載材料，在工作狀態下必須建立完整的健康狀態監測系統，實時監測局部損傷的發展狀態，并進行定量評估，從而為材料結構的損傷檢測提供準確信息，避免因復合材料結構破壞帶來的巨大損失(請參考萬振凱.三維編織復合材料拉伸與彎曲聲發射特征分析[J].紡織學報，2007，28(4)：53-55.)。

結構健康監測(Structural?Health?Monitoring，SHM)依靠微觀傳感器對壓阻效應(請參考Zhu?Y，Chao?C，Cheng?C-H.W.A?novel?ionic-liquid?strain?sensor?for?large-strain?applications[J].IEEE?Electron?Device?Lett.，2009，30(4)：337-339.)、諧振頻移(請參考Chun?Yu?Li，Tsu?Wei?Chou.Strain?and?pressure?sensing?using?single-walled?carbon?nanotubes[J].Nanotechnology，2004，15(11)：1493-1496)、壓電效應(請參考Kon?S.，Horowitz，R..A?high-resolution?MEMS?piezoelectric?strain?sensor?for?structural?vibration[J].Sensors?Journal，2008，8(12)：2027-2035)、電容變化(Chu，L.L.，Long?Que，Gianchandani?Y.B..Measurements?of?material?properties?using?differential?capacitive?strain?sensors[J].Journal?of?Microelectromechanical?Systems，2002，11(5)：489-498)、光學性質變化(請參考Hotate，K.，Tanaka?M..Distributed?fiber?Brillouin?strain?sensing?with?1-cm?spatial?resolution?by?correlation-based?continuous-wave?technique[J].Photonics?Technology?Letters，2002，14(2)：179-181.)或其它方法的測量得到了很快的發展。其中，壓阻式傳感器用于應變測量，把應變轉化成成正比的電阻變化；壓電傳感器是將被測量變化轉化成由于材料受機械力產生的靜電電荷或電壓變化的傳感器，是一種自發式和機電轉換式傳感器，能夠檢測各個方向的壓力，壓電傳感器還可以作為一個傳感器及執行器，同時發送和接收超聲波，并可以監測大面積的均勻應變。壓電傳感器的優點是信噪比高且頻帶寬，并且在涉及低應變檢測水平和高應用噪音水平的振動信號時比壓阻式傳感器更適合，但其信號調理十分困難。

電容式壓力傳感器是一種利用電容敏感元件將被測壓力轉換成與之成一定關系的電量輸出的壓力傳感器。它是利用導電傳感將電極和電介質材料的變化轉換成一個電壓、頻率或電容的變化脈沖寬度來進行檢測。電容值與電極的受力直接相關。電容式壓力傳感器提供一個差分電容讀出，可以用來監測應變、彈性模量以及材料的熱膨脹系數。