基于碳纳米线传感器的三维六向编织复合材料内部损伤定位

为研究三维编织复合材料的实时结构健康状态监控,针对三维六向编织复合材料编织结构,采用三维四步六向编织方法将碳纳米线传感器以轴向纱和六向纱形式嵌入复合材料中,提出了一种构建智能三维复合材料的方法,建立了基于碳纳米线的三维编织复合材料试件内部损伤监测系统。基于碳纳米线测量的电阻值矩阵,采用四分矩阵奇异值分解方法分析信号矩阵的主要特征,计算试件内部的损伤准确位置。实验采用5种不同类型损伤试件进行分析,结果表明,该方法计算的试件内部损伤位置与实际损伤一致,测量的损伤位置坐标误差小于1。该研究可为智能三维编织复合材料的健康监测发展提供理论基础。     

三维编织复合材料弯曲承载下嵌入碳纳米线的特性分析

为实现三维编织复合材料实时承载监测,基于碳纳米线嵌入三维编织复合材料预制件的方法,分析了嵌入碳纳米线的三维编织复合材料制件,在不同载荷下三点弯曲的碳纳米线应变传感特性,重点分析了制件拉伸和压缩承载下碳纳米线电阻的变化。实验表明：在三点弯曲过程中,制件加载至断裂应变和碳纳米线电阻变化具有单调一致性, 碳纳米线电阻变化符合一定指数函数关系;在大负荷加载后碳纳米线产生电阻滞后现象;制件卸载后,碳纳米线传感器产生残余电阻。研究证明：碳纳米线传感器在弯曲负载下能够实时感知并监测三维编织复合材料结构健康状况,为三维编织复合材料结构健康监测系统的构建提供了参考。     

嵌入三维编织复合材料的碳纳米线应变传感特性

为实现三维编织复合材料的原位结构健康监测,研制了嵌入碳纳米线的三维五向编织复合材料预制件,建立了基于三维编织复合材料试件的碳纳米线应变传感实验系统,分析了嵌入三维编织复合材料中的碳纳米线应变传感特性。结果表明：在单调拉伸和循环加载卸载过程中,嵌入三维编织复合材料的碳纳米线传感器电阻变化与试件应变的线性相关性较高;在较大载荷循环加载卸载后,碳纳米线传感器产生的残余电阻可用于检测试件的损伤或累积损伤;引入电阻应变相关系数建立了电阻变化净差值与机械应变净差值的应变传感方程,可实现基于碳纳米线传感器的三维编织复合材料原位结构健康监测。     

基于磁通图像的平板三维编织复合材料试件内部缺陷检测

基于量子扰动超导探测传感器超高的磁场灵敏度,将量子扰动超导探测无损检测技术应用于三维编织复合材料平板试件内部缺陷的无损检测。构建了适用于量子扰动超导探测检测需要的薄板中圆形缺陷涡流分布的理论模型。提出了量子扰动超导探测检测平板三维纺织复合材料试件内部缺陷的磁通变化成像算法,利用OPENCV软件对磁通图像进行处理,准确判定三维编织复合材料平板内部缺陷情况。试验结果表明：该方法准确描述了被检测试件缺陷的位置和尺寸;量子振动超导探测磁通成像具备良好的检测和定位的能力;相对于超声波等传统检测技术,量子振动超导探测技术是一种更为先进的三维编织复合材料的无损检测技术。     

基于BP神经网络的三维编织复合材料缺陷超声波检测技术研究

本文阐述小波包变换处理三维编织复合材料缺陷的A扫描回波信号，提取缺陷信号被分解后表示为能量特征，并将缺陷特征值作为BP神经网络的输入的实现方法，通过BP神经网络实现对三维编织复合材料微裂纹和孔隙的分类识别，实现对三维编织复合材料缺陷自动化识别。实验结果证明系统的可行性。 本课题的研究工作，为进一步研究三维编织复合材料的超声波检测奠定了一定的基础。     

嵌入碳纳米线的三维编织复合材料损伤监测

为实现对三维编织复合材料制件损伤情况进行实时监测,提出了通过三维五向四步法在三维编织复合材料中嵌入碳纳米线传感器的方法,由于碳纳米线传感与碳纤维具有相似性,因此碳纳米线嵌入三维编织复合材料制件的对其承载性能几乎没有影响。通过三点弯曲实验分析了碳纳米线在三维编织复合材料制件遭受外界应力时其电阻变化率与应力应变的相关性。实验结果说明显示其相关性为指数拟合关系,因此,三维编织复合材料的损伤状况可通过嵌入其中的碳纳米线传感器的电阻变化率与制件所承载的应力应变函数映射关系来进行实时监测。     

基于损伤指数的三维编织复合材料结构损伤评估

以嵌入三维编织复合材料的碳纳米线作为拉伸传感器构建智能复合材料,利用主成分分析（PCA）以及T²和Q统计方法,对三维编织智能复合材料结构损伤进行研究。采用主成分方法对三维编织智能复合材料制件的损伤信息进行处理,以无损伤试件作为基准值建立PCA 模型,提出了智能复合材料损伤估计步骤。结果表明：用损伤指数（T² 和Q）与基准值的偏差可描述试件结构损伤程度,有损试件的损伤指数远远大于无损试件的基准值,T² 损伤指数值可以很好地反映试件较大的损伤,Q 损伤指数值较详细地反映了试件的损伤细节;本文方法的计算结果与实际损伤具有很好的吻合性。     

碳纳米线的拉伸应变传感特性

为开发用于三维编织复合材料原位结构健康监测的碳纳米线传感器,建立了碳纳米线应变传感实验系统,通过纵向拉伸实验,分析了碳纳米线的机械性能（应力和应变）和电性能（初始电阻和应变灵敏系数）之间的关系,并对性能参数进行了Weibull 统计分析,系统研究了碳纳米线的应变传感特性。结果表明：纵向拉伸负载期间,碳纳米线相对电阻变化与应变呈现良好的线性关系;碳纳米线具有与传统应变监测相当的应变灵敏系数,适合用于检测破坏极限应变远小于碳纳米线应变（碳纳米线的破坏应变均值10％,最小值为2.5％）的复合材料的损伤,是复合材料结构健康监测传感器的良好候选材料。     

基于神经网络的复合材料缺陷超声波检测研究

描述了三维编织复合材料内部缺陷的超声波检测方法。在实现方法上,系统对三维编织复合材料的超声波A扫描回波信号进行小波包变换后,材料的内部缺陷信号被分解后表示为能量特征,并将缺陷特征值作为BP神经网络的输入参数,通过BP神经网络实现对三维编织复合材料微裂纹和孔隙的分类识别,并对三维编织复合材料缺陷自动化识别。实验结果证明该方法分析三维编织复合材料内部缺陷是可行性。     

三维整体编织热塑性复合材料的研究

采用三维整体编织技术，将增强纤维与基体纤维混合编织成预制件，然后加压，加热成型，建立了制造这种热塑性复合材料的新方法，并研究了不同增强纤维含量对其拉伸性能的影响。     

基于碳纳米管纱线扭电能的复合材料损伤监测

为实现航天结构制件内部损伤的全面监测,基于碳纳米管纱线扭电能特征的发现,提出了航天结构制件内部损伤实时监测新方法。采用三维六向编织技术将碳纳米管纱线嵌入到航天复合材料结构制件中,构建了新型的智能三维复合材料;证明了制件内部产生损伤时,内部的碳纳米管纱线捻度发生变化可产生扭电能;采用主成分分析和损伤指数理论对碳纳米管纱线的扭电能数据进行分析。结果表明:三维编织复合材料试件内部的树脂断裂、孔洞和试件的微小裂纹可引起扭电能的变化,碳纳米管纱线扭电能对于试件内部损伤具有很高的识别能力,损伤识别精度达到0.002 mm,该研究对推进航天结构的智能监测具有重要意义。     

Finite element analyses on longitudinal compressive behaviors of 3D braided carbon /epoxy composite with different braided angles at low temperatures

This paper presents a numerical study on the effect of temperature and braided angle on quasi-static longitudinal compression of 3D braided carbon fiber/epoxy composites. The 3D braided composites with different braided angles, i.e. 26°, 35° and 48° were analyzed to examine the temperature-dependent longitudinal compressive behaviors with finite element method (FEM) based on the full-scale meso-structure model. Three temperatures (20, ?50 and ?100 °C) were used to investigate the influence of temperature on the longitudinal compression behaviors. In addition, the imperfect interface and the fiber waviness were combined into the FEM model. Both interfacial properties and fiber waviness were closely associated with compression modulus of 3D braided composites. The FEM results revealed thermal stress distribution and its influence on stress evolution in braided composites with different braided angles. The influence of temperature on stress distribution manifested the temperature-dependent damage of 3D braided composite.     

Photovoltaic textile structure using polyaniline/carbon nanotube composite materials

In this paper, an investigation of flexible electrodes for photovoltaic textile structures utilizing polymer‐based organic materials is presented. The composite structure consisting of a blend of water dispersible carbon nanotube:polyaniline (CNT:PANI) components with poly(3,4 ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) was applied to be used as the hole collecting electrode in photovoltaic textile applications. Both photovoltaic textiles and conventional solar cells were fabricated by using a blend of poly(3‐hexylthiophene‐2,5‐diyl) (P3HT):(6,6)‐phenyl C61‐butyric acid methyl ester (PCBM). All devices were characterized by measuring current versus voltage characteristics under AM 1.5 conditions. The nanoscale morphology of the photovoltaic structures was investigated using scanning electron microscopy and atomic force microscopy.     

三维编织复合材料弯曲性能研究进展

总结三维编织复合材料弯曲性能测试的主要方法,从理论预测与试验研究两方面介绍三维编织复合材料弯曲性能的研究成果,比较不同预测方法的优缺点,探讨当前工作存在的问题,并对今后的研究趋势进行了展望。     

基于VRML的矩形截面三维编织物虚拟设计

根据矩形截面编织物的编织工艺和运动分析,借助于参数化设计与虚拟现实技术．提出了矩形及其组合截面三维编织物的虚拟设计方法。使用该方法在织造前就可方便地观察到各种工艺和结构的编织物实体模型,并适宜于网络传输,资源共享,大大提高了三维编织物的设计与制造效率。     

三维编织复合材料中碳纳米管纱线嵌入位置和数量的优化配置

为解决三维编织复合材料嵌入碳纳米管(CNT)纱线传感器优化配置目标多、目标函数不连续问题,实现航天结构制件内部损伤的全面监测,采用非支配邻域免疫算法对多目标优化问题进行了研究.以四步法三维六向编织工艺为依据,分析了CNT纱线传感器的最佳嵌入位置和数量;通过非支配邻近免疫算法实现了CNT纱线传感器优化配置问题的求解,推导...     

基于一维最优Gabor滤波器的帘子布疵点检测算法

传统的二维Gabor滤波器用于帘子布疵点检测非常有效,但计算量巨大,为此提出一种快速自动检测帘子布疵点的方法。通过一维环形投影变换把一幅二维灰度图像压缩成一维形式,然后使用一维最优Gabor滤波器检测嵌入在帘子布均匀纹理中的疵点。采用粒子群优化算法进行一维Gabor滤波器最优参数的求解。假设图像大小为N×N,滤波器窗口为W×W,计算的复杂度可以显著地从二维Gabor空间的O(W2N2)到一维Gabor空间的O(WN2),并用实验验证了该方法的有效性。     

三维编织复合材料拉伸与弯曲声发射特征分析

论述了声发射技术在三维编织复合材料拉伸和弯曲过程中的应用以及试验方法,描述了三维编织复合材料拉伸与弯曲过程中声发射的特征。拉伸试验结果表明:编织角小的试件,其应力应变曲线基本为直线,损伤为脆性特征;编织角大的试件,应力应变曲线表现出双线性,各自呈现出脆性破坏特征。弯曲试验表明:小编织角复合材料的载荷挠度曲线保持线性关系;大编织角复合材料的载荷挠度曲线是非线性关系。