基于微纳传感器的复合材料压力容器寿命健康监测

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:muma123muma
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复合材料压力容器(COPV)具有优良的抗疲劳性能和高强度优点,在航空航天工业中被广泛应用于高压储存中。为更好地预测COPV的工作状态和剩余寿命,有效避免突发性和灾难性事件的发生,进行了大量工作以保证COPV能够可靠运用到航空航天工业中。本文提出了一种新型的薄膜传感器制作技术,利用本文提出的方法将MXENE和碳纳米纸(BP)制作为性能优良的薄膜传感器,将薄膜传感器与柔性印刷电路(FPC)集成为传感器阵列并嵌入COPV中。并进行静水压力试验和液压疲劳试验,得到MXENE和碳纳米纸传感器的电阻响应,并结合其微观工作机理实现COPV寿命监测。实验结果表明,由于MXENE和BP传感器的微观结构不同,嵌入COPV的铝合金内胆与复合材料外包层的MXENE和BP传感器表现出各自的优点与适用性。对于嵌入复合材料外包层的MXENE和BP传感器在静水压力实验中具有几乎相同的灵敏度。可以实现对COPV的环向和轴向的应变场的监测。但在液压疲劳试验中,BP传感器对COPV的微裂纹的萌生、扩展和刚度的轻微退化比MXENE传感器和应变片更为灵敏和可靠。对于嵌入COPV铝合金内胆的MXENE和BP传感器,对MXENE传感器对COPV的铝合金内胆塑性变形或压缩残余应变的敏感性远远高于BP传感器,更适合铝内衬的性能健康状况监测。将MXENE和BP传感器嵌入COPV中,可以有效地实现对复合材料压力容器的应变以及损伤状态的实时监测是有效的。为进一步了解容器的失效机理提供了一种更有效的监测结构完整性的方法。
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