基于樹(shù)脂基碳纖維智能材料的板結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、本課題是在國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“基于核安全殼應(yīng)力監(jiān)測(cè)的復(fù)合敏感層傳感機(jī)理及其成像”（項(xiàng)目編號(hào)50878169）的資助下，以監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)為目的，分別研究了樹(shù)脂基碳纖維智能條在單向應(yīng)變和平面應(yīng)變作用下的力阻效應(yīng)，并利用其力阻效應(yīng)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)平面應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了“點(diǎn)”的應(yīng)變檢測(cè)，進(jìn)一步建立了基于遺傳算法的碳纖維智能層ERT反演，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的全域健康監(jiān)測(cè)。
　　 具體的研究?jī)?nèi)容及成果有:
　　 (1)對(duì)比研究了碳纖

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

3、變作用下，橫向應(yīng)變作用引起的相對(duì)電阻變化率比軸向應(yīng)變作用引起的大，橫向應(yīng)變主要引起相鄰碳纖維之間的接觸電阻變化。說(shuō)明橫向應(yīng)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(dǎo)電性，將其雙向敷設(shè)在玻璃鋼板構(gòu)的表面來(lái)監(jiān)測(cè)其結(jié)構(gòu)應(yīng)變。以四角點(diǎn)簡(jiǎn)支玻璃鋼板為例，在玻璃鋼板任意處單調(diào)加載，標(biāo)定碳纖維智能條表面電阻系數(shù);在此基礎(chǔ)上，對(duì)中心循環(huán)加載的工況進(jìn)行應(yīng)變檢測(cè)，由碳纖維智能條監(jiān)測(cè)計(jì)算得出的應(yīng)變和

4、用應(yīng)變片檢測(cè)的應(yīng)變大小吻合很好，表明碳纖維智能條檢測(cè)點(diǎn)的應(yīng)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(wèn)題和反演問(wèn)題兩部分構(gòu)成，其中正問(wèn)題在A(yíng)NSYS有限元軟件中求解，其所得周邊電壓值作為反問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù);反問(wèn)題運(yùn)用遺傳算法，并利用Matlab調(diào)用ANSYS計(jì)算，從而得到智能層的電阻率分布，其電阻率的分布能真實(shí)的反應(yīng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。結(jié)果表明本文研制的基于遺傳算法的碳纖維智能層ER