[发明专利]飞机复合材料关键结构回环型测点优化布局应变实时监测方法

权利要求书

1.一种飞机复合材料关键结构回环型测点优化布局应变实时监测方法，其特征在于，用于监测飞机零部件关键部位实际应变预测疲劳寿命，通过布置在飞机零件表面各个环氧碳纳米复合薄膜传感器获取各测点处的监测数据，同时基于无线网络协议传至计算机，实现对飞机零部件关键部位的实时监测；

具体如下：

(1)制备回环式环氧碳纳米复合薄膜传感器

环氧碳纳米复合薄膜传感器，包括碳纳米管保护层和回环式环氧碳纳米薄膜层，碳纳米管保护层包裹在回环式环氧碳纳米薄膜层的上下表面；回环式环氧碳纳米薄膜层包括铜丝和在铜丝外表面的碳纳米管负载层，多个内外排布的回型式或环型式薄膜感应通道，通道两端分别为薄膜接地源和薄膜电流源，二者间存在电势差；

环氧碳纳米复合薄膜传感器的总电阻是由碳纳米管自身的本征电阻R₁和接触产生的接触电阻R₂共同组成，总电阻R表示如下形式：

R＝αR₁+βR₂

其中：α、β为比例因子，常数；

α为比例因子,取值范围为0.099～0.199；

β为比例因子,取值范围为0.901～0.801；

R₁为碳纳米管本征电阻；

R₂为碳纳米管接触电阻；

其中：ρ为电阻率；L为电阻丝长度；S为电阻截面积；

根据理论Neugebauer-webb理论，碳纳米管接触电阻R₂为：

其中：h为厚度；k为高度系数，取值范围为1.1～1.9；d为碳纳米管中心距离；

检测电阻相对于初始电阻的电阻变化率为：

其中：R₀为初始电阻；R_i为不同管间接触电阻；

为了更加直观地体现传感器输出电压随裂纹扩展的变化情况，回环式环氧碳纳米复合薄膜传感器的输出信号V_C定义为：

其中：V是环氧碳纳米复合薄膜传感器的实时输出电压值，V₀为环氧碳纳米复合薄膜传感器的初始输出电压值；

环氧碳纳米复合薄膜传感器对复合材料结构裂纹的监测主要依赖于其自身与结构损伤的一致性；当复合材料发生疲劳损伤时，与结构紧密结合的环氧碳纳米复合薄膜传感器也在相同部位出现裂纹；环氧碳纳米复合薄膜传感器的裂纹随着结构的裂纹不断扩展，引起环氧碳纳米复合薄膜传感器电阻的变化，表现为环氧碳纳米复合薄膜传感器输出电压的变化；因此，通过监测分析环氧碳纳米复合薄膜传感器输出电压的变化反映结构的裂纹损伤情况；从传感器机理分析，回环式环氧碳纳米复合薄膜传感器在裂纹监测前能在恒定电流下保持电位差的稳定输出；

(2)建立结构表面测点优化布置模型

将结构分为两类，结构表面和孔表面，结构表面安放回型式环氧碳纳米复合薄膜传感器，孔表面安放环型式环氧碳纳米复合薄膜传感器；

在测量范围内，构建由若干个回型式环氧碳纳米复合薄膜传感器或环型式环氧碳纳米复合薄膜传感器组成监测传感网络，监测传感网络呈坐标轴，横轴为X轴、纵轴为Y轴，X轴和Y轴各为一个分支；各分支上环氧碳纳米复合薄膜传感器测点数目相同，两条分支的测点分布规律相同，通过导线将各个环氧碳纳米复合薄膜传感器相连通；相邻两个环氧碳纳米复合薄膜传感器的高电势和低电势相连通；当环氧碳纳米复合薄膜传感器监测到裂纹时，输出信号开始变化；对裂纹长度进行定量监测，裂纹长度从0开始扩展；裂纹扩展时环氧碳纳米复合薄膜传感器的电压分布将发生变化，随着裂纹长度的增加而出现阶梯状上升；将裂纹变化长度与输出电压变化建立对应关系，通过分析格栅式薄膜传感器的输出电压判断裂纹的产生及裂纹长度。