基于模块化压阻传感网络的CFRP螺栓连接结构混合失效模式的监测

《Polymer Composites》：Monitoring of Mixed Failure Mode in CFRP Bolted Joint Structures Based on a Modular Piezoresistive Sensing Network

碳纤维聚合物螺栓连接处混合失效监测难题，本研究开发基于碳纳米管/石墨烯复合导电填料的嵌入式压敏传感器，通过空间互联导电网络提升复杂应力灵敏度，设计模块化网络实现拉压-剪切失效实时识别。实验验证传感器集成不影响结构性能，电阻变化可有效捕捉两种失效模式下的状态转变。

　　

摘要

在碳纤维增强聚合物（CFRP）结构中，螺栓接头在复杂载荷条件下容易发生混合失效。然而，现有的结构健康监测（SHM）技术在捕捉内部损伤的整个发展过程方面仍然存在局限性。为了解决这一局限性，研究人员开发了一种嵌入式压阻传感器，该传感器采用了由碳纳米管（CNTs）和石墨烯纳米片（GNPs）组成的混合导电填料，其质量比为3:1。通过建立空间互联的导电网络，提高了传感器在复杂应力条件下的灵敏度。根据失效区域的分布特征，设计了一种模块化传感器网络，以实现实时识别CFRP螺栓接头结构中的承载-拉伸和承载-剪切混合失效模式。实验结果表明，传感器的集成对结构的机械性能基本没有影响，并且电阻变化能够捕捉不同失效模式下的结构状态转变。具体来说，在承载-拉伸失效过程中，模块1和模块2的相对电阻分别增加了17.9%和9.0%，随后降低到10.0%和-4.6%；而在承载-剪切失效过程中，模块2的电阻从754.8%降低到167.4%。这些发现为监测CFRP螺栓接头结构中的混合失效模式提供了一种有效的方法。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。