【摘 要】
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三维角联锁机织复合材料因层间剪切强度高、制作成本低等优点而被广泛应用于航天航空、交通运输、体育器械和建筑工业等领域。考虑到外部载荷对复合材料造成损伤,基于电阻结构健康监测技术受到极大关注。碳纤维具有良好电导率,利用碳纤维自身电阻随应力/应变变化对复合材料损伤做出监测,是当前结构健康监测的重要内容之一。本文研究三维角联锁机织复合材料电学性能与机织结构关系,揭示三点弯曲准静态和循环加载下电势分布和电阻
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三维角联锁机织复合材料因层间剪切强度高、制作成本低等优点而被广泛应用于航天航空、交通运输、体育器械和建筑工业等领域。考虑到外部载荷对复合材料造成损伤,基于电阻结构健康监测技术受到极大关注。碳纤维具有良好电导率,利用碳纤维自身电阻随应力/应变变化对复合材料损伤做出监测,是当前结构健康监测的重要内容之一。本文研究三维角联锁机织复合材料电学性能与机织结构关系,揭示三点弯曲准静态和循环加载下电势分布和电阻变化与损伤演化规律,为碳纤维复合材料结构健康监测提供理论参考。研究内容如下:（1）揭示碳纤维/环氧树脂三维角联锁机织复合材料电学性能与机织结构关系;探究准静态三点弯曲载荷下电势分布与电阻变化规律,分析机织结构对电阻及电势影响。（2）分析准静态损伤与电阻变化率关系,定义损伤应力与损伤率,揭示损伤对电阻变化率的影响规律。（3）研究三维角联锁机织复合材料三点弯曲循环载荷加载中的电阻变化规律。分析试件疲劳破坏规律,分析不同应力水平下循环加载期间,试件电阻变化率与机织结构关系。研究发现如下:（1）在0.0～0.1A恒流范围内,三维角联锁机织复合材料随电流增加,电压线性增加。准静态条件下,三维角联锁机织复合材料在三点弯曲下的载荷-位移曲线可分为三个阶段:弹性阶段、逐步破坏阶段、急剧破坏阶段。相应电阻变化也可分为三个阶段:恒定、缓慢增加和快速增加。试件表面电势沿轴向呈线性变化,垂直于轴向方向呈等势分布。准静态表面电势变化与电阻变化类似,出现纱线断裂损伤时,电势增大,出现裂纹或分层损伤导致接触不良时,电势突变为负值,可根据电势图变化检测损伤位置及损伤类型。（2）分别以损伤应力与损伤率为自变量与电阻变化拟合,效果较好,可根据电阻变化判断试件损伤状态。两种拟合方法各有优劣,以损伤应力为自变量拟合,整体效果较好,一致性较高;以损伤率为自变量拟合,在前两个阶段,效果更好,但最终失效时,效果较差。（3）相同应力水平下,经向试件疲劳寿命低于纬向试件。滞回圈面积变化经历稳定、缓慢增大,急剧增大三个阶段,变化趋势与电阻类似。三维角联锁机织复合材料的渐进疲劳损伤导致其力学性能逐渐退化,表现为弯曲模量的下降以及损伤指数的上升。试件在单个循环内,表现为负压阻效应,但由于试件损伤积累使得试件峰值电阻随挠度增大而增大。在挠度急剧增大时,呈正压阻效应。
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