导电纤维纺织结构温度/应变传感性能的研究

论文摘要

针对工程材料上高温下大应变传感的要求,本文采用耐高温的导电纤维为原料,设计了一种纺织结构。论文主要分为三部分:第一部分是研究导电纤维纺织结构的电路网络模型。第二部分是研究碳纤维纱及其织物的电阻与温度的关系。第三部分是研究一定温度下碳纤维纱织物电阻对应变的响应、温度和应变同时变化下碳纤维纱织物电阻的变化情况和温度应变可同时测量的碳纤维纱织物。本论文首先对智能纤维和智能纺织品及其国内外发展现状进行了分析,论述了本文研究的目的与意义,指出论文的主要研究内容与创新点、重点、难点和关键点。为了研究不锈钢纤维纱和碳纤维纱织物电阻对应变响应的机理,本文首先对经编纺织结构中单个线圈进行分析和模拟,把单个线圈看作是两个与长度相关的电阻R1、R2和一个接触电阻Rc组成的电路,分析其在拉伸力作用下线圈中弧长的变化情况。其次,模拟织物的网络电路,列出织物等效电阻的计算方程,由于所要求解的方程比较复杂,利用MATALAB语言计算方程,得出不锈钢纤维纱和碳纤维纱纺织结构的等效电阻与实验所测得的织物电阻的变化情况基本相同,这说明织物应变的传感机理主要是由应变变化过程中纱线间的接触电阻变化引起的。针对高温下大应变传感的要求,将碳纤维纱编织成单经编织物,研究碳纤维纱织物电阻与温度的关系。通过实验发现碳纤维纱电阻随温度的增加而线性减小,碳纤维纱织物电阻随温度的增加而减小,且在一定范围内成线性关系。碳纤维纱织物电阻随温度变化的机理主要是纱线间接触电阻变化引起织物电阻的变化。通过一系列实验和分析,证明了碳纤维纱织物结构是可以用来进行高温传感测量。探索了碳纤维纱织物电阻随温度和应变同时变化时的响应,首先将碳纤维纱织物在一定温度下拉伸至不同的最大应变,随着温度的增加不同拉伸回复循环的电阻差异相应的减小,不同温度下拉伸至不同最大应变的碳纤维纱织物重演性较好。其次研究温度和应变同时变化下碳纤维纱织物电阻的响应情况,得出一个循环中碳纤维纱织物随温度和应变的增加而减小,温度和应变同时变化下的碳纤维纱织物的重演性随着循环次数的增加而变好,并可以采用温度补偿技术来实现温度和应变同时测量的碳纤维纱织物。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 智能纤维
• 1.2 智能纺织品
• 1.2.1 定义
• 1.2.2 分类
• 1.3 论文的目的和意义
• 1.4 国内外的研究现状
• 1.5 论文主要研究内容
• 1.6 论文的创新点、重点、难点和关键问题
• 1.6.1 创新点
• 1.6.2 重点
• 1.6.3 难点
• 1.6.4 关键问题
• 第二章 导电纤维纺织结构的电路网络模型研究
• 2.1 引言
• 2.2 模型建立
• 2.2.1 线圈中弧长的转移
• 2.2.2 电路网络的模拟和解决方法
• 2.3 实验
• 2.3.1 试样的制备
• 2.3.2 实验仪器和装置
• 2.4 实验方法
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 R1和R2的计算
• 2.5.2 Rc的计算
• 2.5.3 基于MATLAB 的计算机求解
• 2.6 本章小结
• 第三章 碳纤维纱线及其织物的电阻与温度关系
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 试样的制备
• 3.2.2 测量方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 碳纤维纱电阻和温度的关系
• 3.3.2 碳纤维纱织物的电阻响应
• 3.3.3 织物温度传感机理
• 3.4 本章小结
• 第四章 碳纤维纱织物的温度/应变特性
• 4.1 引言
• 4.2 实验试样和实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 一定温度下碳纤维纱织物电阻和应变的关系
• 4.4.2 温度和应变同时变化下碳纤维纱织物电阻的响应
• 4.4.3 温度和应变同时测量的碳纤维纱织物
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 附录