导电纤维纺织结构的应变传感性能研究

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论文首先对当前用于智能材料的应变传感器的研究现状进行了分析,论述了本文研究的目的与意义,指出论文的创新点、重点和难点以及主要研究的内容。   针对工程材料上在高温下进行大应变的传感要求,本文采用了耐高温的两种导电纤维--不锈钢纤维和碳纤维作为实验材料,设计一种能够适合大应变的经编纺织结构,探索其电阻与应变之间的关系和规律。   通过实验表明,在轴向拉伸和恢复过程中,不锈钢纤维纱经编纺织结构的电阻随应变增加而减小,随应变的恢复而增大,在拉伸恢复时存在一定的塑性变形,电阻对应变的响应在一定的应变范围内呈线性变化。将不锈钢纤维纱经编纺织结构在10mm/min速度下分别拉伸至最大应变为10%、20%、30%,其应变电阻响应灵敏度在最大应变为30%时最高,在不同的拉伸速度下,不锈钢纤维纱经编纺织结构电阻的灵敏度随拉伸速度增加而增大,当速度大于25mm/min时,灵敏度的变化趋于平缓。   碳纤维纱经编纺织结构的电阻也是随应变的增大而减小,随应变的恢复而增大,速度和最大应变对电阻的影响同不锈钢纤维经编纺织结构一样,但是和不锈钢纤维经编结构相比较,碳纤维纱纺织结构拉伸恢复后产生的塑性变形较小,在拉伸恢复循环内和多次拉伸恢复循环间的电阻响应的重演性比不锈钢纤维纱纺织结构好。   通过电子显微镜(SEM)对不锈钢纤维和碳纤维表面形貌的观察,碳纤维纱表面相对较光滑,同时对两种纤维的摩擦系数进行测定,表明碳纤维动静摩擦系数较小,产生的塑性变形小,所以其纺织结构拉伸后恢复状态较不锈钢纤维纱的好,因此碳纤维纱纺织结构电阻对应变响应的重演性要优于不锈钢纤维纱纺织结构。   为了探明不锈钢纤维纱和碳纤维纱纺织结构电阻对应变响应的机理,本文将经编纺织结构的单个线圈分解进行分析和模拟,把单位线圈看作由2个相同的接触部分电阻Rc和2个与长度有关电阻Rl1和Rl2组成,实验表明Rl1和Rl2的电阻随应变的增加而增大,随应变的恢复而减小,但是这部分电阻变化的灵敏度很小;接触部分电阻Rc随应变的增加而减小,电阻变化的灵敏度大大高于线段变化部分,这说明经编纺织结构的电阻变化主要是线圈中的接触部分电阻的变化引起,而长度部分电阻变化的影响很小。
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