使用形状记忆合金作为多功能轻质结构的集成传感器来监测分层热塑性复合材料
Michael Schwarz1,2, Marius Weiler1, Saravanan Palaniyappan3
1Chair for Lightweight Systems, Saarland University, 66123 Saarbrücken, Germany.
Materials (Basel, Switzerland)
|July 12, 2025
概括
在玻璃纤维增强聚合物 (GFRP) 复合材料中的嵌入式形状记忆合金 (SMA) 线增强了结构监控. 相对阻力变化准确地描述了施加的力,250微米的SMA电线的性能优于100微米的电线.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 复合材料工程 复合材料工程
- 结构健康监测 结构健康监测
背景情况:
- 在各种行业中,轻量化设计和施工安全性至关重要.
- 形状记忆合金 (SMA) 线具有改善复合材料机械性能监测和调整的潜力.
- 将SMA电线集成到复合材料中可以提高对整个产品生命周期中应用力的理解.
研究的目的:
- 调查嵌入式SMA电线的使用,以监测玻璃纤维增强聚合物 (GFRP) 复合结构所施加的力.
- 评估不同非破坏性测试 (NDT) 方法用于检测嵌入式SMA电线的有效性.
- 为了将SMA电线电阻的变化与施加的力相关联,并确定最佳电线参数.
主要方法:
- 含有嵌入式SMA电线的GFRP样品的机械测试.
- 应用NDT方法,包括主动温度,高频超声波测试和计算机断层扫描用于SMA电线检测.
- 使用SMA电线相对阻力变化的应用力的表征.
- 基于直径和承载能力的SMA电线性能评估.
主要成果:
- 活动温度和计算机断层扫描被确定为最适合的NDT方法来检测嵌入式SMA电线.
- 对GFRP复合材料施加力的位置和大小可以通过监测SMA电线的相对电阻变化来表征.
- 250微米直径的SMA电线表现出卓越的性能,与100微米电线的4N相比,显示出25N的力平原.
- 嵌入SMA电线的GFRP复合材料的平均Young模量被测得大约为30.8GPa.
结论:
- 嵌入式SMA电线对于监测和理解GFRP复合结构所施加的力是有效的.
- 建议使用250微米的SMA线,而不是100微米的线,以提高性能和生产效率.
- 该研究表明,使用嵌入式SMA技术,提高复合材料结构健康监测的可行方法.
