碳纖維復(fù)合材料載荷下?lián)p傷自診斷基礎(chǔ)研究及有限元分析.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐疲勞性、耐腐蝕性和良好導(dǎo)電性，廣泛應(yīng)用于航天航空、建筑和體育等方面。高含量導(dǎo)電碳纖維在復(fù)合材料中的相互接觸形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，載荷作用破壞了復(fù)合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引起導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)變化，導(dǎo)致復(fù)合材料電阻產(chǎn)生變化。因此，利用碳纖維作為復(fù)合材料外載荷的傳感器，通過復(fù)合材料電阻變化反映其損傷程度，能夠?qū)崿F(xiàn)碳纖維復(fù)合材料長期在不同環(huán)境工作下達(dá)到實(shí)時在線預(yù)警以及智能監(jiān)測的自我診斷功能。
　　本課題采用北京航空材料研究院提

2、供的G803/5224碳纖維織物環(huán)氧樹脂預(yù)浸料作為碳纖維復(fù)合材料的原料，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定了復(fù)合材料的成型工藝和載荷試驗(yàn)方法，研究分析了載荷作用下復(fù)合材料的電阻與力學(xué)性能之間的變化規(guī)律，建立了復(fù)合材料損傷診斷依據(jù)。采用有限元方法對復(fù)合材料載荷試驗(yàn)進(jìn)行模擬分析和預(yù)測，驗(yàn)證了有限元方法在載荷下復(fù)合材料損傷失效研究中的有效性，結(jié)果表明：
　　1）在拉伸載荷試驗(yàn)中，復(fù)合材料電阻和損傷程度隨著拉伸應(yīng)變的增大而增大；在壓縮和彎曲載荷試驗(yàn)中，復(fù)合

3、材料損傷程度隨著壓縮應(yīng)變和彎曲應(yīng)力的增大而增大，而復(fù)合材料電阻隨著壓縮應(yīng)變和彎曲應(yīng)力的增大呈現(xiàn)先減小再增大的趨勢。根據(jù)復(fù)合材料拉伸、壓縮應(yīng)變和彎曲應(yīng)力與其電阻增幅閥值之間的變化關(guān)系，本文確定了電阻增幅閥值作為拉伸、壓縮和彎曲載荷下復(fù)合材料損傷程度的診斷依據(jù)，并得到了復(fù)合材料輕微損傷和嚴(yán)重?fù)p傷的臨界電阻增幅閥值。
　　2）在沖擊載荷試驗(yàn)中，不同能量的沖擊會對復(fù)合材料面積和厚度產(chǎn)生不同程度的損傷。由于復(fù)合材料電阻隨著沖擊能量的增大而增