碳纖維復合材料載荷下?lián)p傷自診斷基礎研究及有限元分析.pdf

1、碳纖維復合材料具有優(yōu)異的力學性能、耐疲勞性、耐腐蝕性和良好導電性，廣泛應用于航天航空、建筑和體育等方面。高含量導電碳纖維在復合材料中的相互接觸形成導電網絡，載荷作用破壞了復合材料內部結構，引起導電網絡變化，導致復合材料電阻產生變化。因此，利用碳纖維作為復合材料外載荷的傳感器，通過復合材料電阻變化反映其損傷程度，能夠實現(xiàn)碳纖維復合材料長期在不同環(huán)境工作下達到實時在線預警以及智能監(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)氧樹脂預浸料作為碳纖維復合材料的原料，參照相關標準制定了復合材料的成型工藝和載荷試驗方法，研究分析了載荷作用下復合材料的電阻與力學性能之間的變化規(guī)律，建立了復合材料損傷診斷依據。采用有限元方法對復合材料載荷試驗進行模擬分析和預測，驗證了有限元方法在載荷下復合材料損傷失效研究中的有效性，結果表明：
　　1）在拉伸載荷試驗中，復合材料電阻和損傷程度隨著拉伸應變的增大而增大；在壓縮和彎曲載荷試驗中，復合

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