基于MXene/CNT薄膜传感器阵列的复合材料冲击定位及损伤监测  

Impact Localization and Damage Monitoring of Composite Materials Based on MXene/CNT Thin Film Sensor Array

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作  者:汪英 卢少微 张璐 WANG Ying;LU Shaowei;ZHANG Lu(College of Aerospace Engineering,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China;College of Materials Science and Engineering,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China)

机构地区:[1]沈阳航空航天大学航空宇航学院,沈阳110136 [2]沈阳航空航天大学材料科学与工程学院,沈阳110136

出  处:《航空制造技术》2024年第13期92-98,共7页Aeronautical Manufacturing Technology

基  金:航空科学基金项目(20220003054001);教育部春晖计划国际合作项目(HZKY20220428);沈阳市关键技术攻关计划项目(23-407-3-39)。

摘  要:复合材料层合板在服役过程中易受到冲击损伤,对结构产生不利影响。冲击引发的复合材料内部结构损伤能够缩短复合材料的使用寿命。因此,对于复合材料层合板冲击定位及损伤监测是必要的。以碳纳米管(CNT)和MXene薄膜为代表的新型碳纳米材料具有独特的纳米级结构和优良的物理性能。将MXene/CNT薄膜传感器阵列布置于监测范围内,提出了一种适用于传感器阵列的定位算法,该算法可以准确地计算和定位到监测区域的冲击位置。同时,可根据传感器相对电阻变化率判断试件损伤情况。最后,使用超声C扫描设备对结果进行对比验证。试验结果表明,传感器阵列响应计算结果与实际冲击位置吻合,且传感器相对电阻变化率与损伤严重程度相关。Composite laminates are vulnerable to impact damage during service,which has adverse effects on the structure.The internal structural damage of composite materials caused by impact can shorten the service life of composite materials.Therefore,it is necessary for impact localization and damage monitoring of composite laminates.New carbon nanomaterials represented by carbon nanotubes(CNT)and MXene films have unique nanoscale structures and excellent physical properties.The MXene/CNT thin film sensor array is arranged in the monitoring range,and a localization algorithm suitable for the sensor array is proposed.The algorithm can accurately calculate and orientate the impact position of the monitoring area.At the same time,the damage of the workpiece can be judged according to the relative resistance change rate of the sensor.Finally,the results were compared and verified by ultrasonic C-scan equipment.The experimental results show that the sensor array response calculation matches the actual impact position,and the resistance change rate of the sensor is related to the damage severity.

关 键 词:复合材料 冲击定位 损伤监测 MXene/CNT薄膜传感器 冲击定位算法 

分 类 号:TB33[一般工业技术—材料科学与工程] TP212[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]

 

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