纤维增强复合材料的结构健康监测使用集成的基于线性电容的传感器
Khalid S Alblalaihid1, Saad A Aldoihi1, Abdulaziz A Alharbi2
1Institute of Space and Earth Science, King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST), Riyadh 11442, Saudi Arabia.
Polymers
|June 19, 2024
概括
这项研究开发了用于纤维增强聚合物 (FRPs) 的嵌入式电容传感器,使用一种新的涂层技术. 传感器在故障之前就能检测到玻璃和凯弗拉复合材料的损坏,从而增强结构完整性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 传感器技术 传感器技术
背景情况:
- 纤维增强聚合物 (FRP) 具有理想的性能,但其间层强度较低,易受未被检测到的损坏.
- 实时损坏检测对于减轻FRP故障和确保苛刻应用中的结构完整性至关重要.
研究的目的:
- 引入一种使用涂层技术在FRP内制造嵌入式电容传感器的新方法.
- 为了研究这些传感器在各种负载条件下在玻璃和凯弗拉纤维/环氧复合材料中的性能.
- 允许早期检测FRP结构中的损坏.
主要方法:
- 嵌入式电容传感器的制造,通过使用物理蒸汽沉积 (PVD) 用金纳米粒子涂层玻璃和凯弗拉纤维.
- 实现两种传感器配置:覆盖纤维 (电极) 的轴向和侧向嵌入.
- 对传感器集成的FRP标本进行拉伸测试,以评估传感器响应和损坏检测能力.
主要成果:
- 物理蒸汽沉积 (PVD) 确保了统一的金纳米粒子分布,产生了约100 Ω的阻力.
- 轴传感器配置显示了对负载的线性反应,灵敏度为1 (玻璃) 和1.5 (Kevlar).
- 在玻璃 (208 MPa) 和凯弗拉 (144 MPa) 复合材料中,在最终断裂之前检测到损伤的开始. 侧面传感器GFRP显示了0.25 (x轴) 和-2.44 (y轴) 的测距系数.
结论:
- 开发的嵌入式电容传感器有效监测FRP的结构健康.
- PVD涂层技术为传感器集成提供了一种可行的方法,增强了损坏检测能力.
- 这项技术有望通过实时损坏评估来提高FRP结构的安全性和可靠性.
