[发明专利]监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的纳米纸传感器及其制法

说明书

一种监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的纳米纸传感器及其制法，属于飞机连接结构的健康监测领域。该监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的纳米纸传感器，包括导电柔性纳米纸、导电浆液、导线和数据采集装置，导电柔性纳米纸通过导电浆液和导线连接，导线和数据采集装置连接；监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的纳米纸传感器用于监测飞机耳片连接结构处电阻变化数据，并将数据传输至数据采集装置进行处理，数据采集装置根据电阻变化率，得到飞机耳片连接结构的微裂纹损伤演变情况。该传感器中数据采集装置能够对采集到的传感器电阻变化信息进行融合、处理和分析，能够实现实时监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变，提高了飞机耳片连接结构的安全性。

技术领域

本发明涉及飞机连接结构的健康监测领域，具体涉及一种监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的纳米纸传感器及其制法。

背景技术

微裂纹损伤是引起飞机耳片连接结构断裂失效的重要原因，即使在低应力循环载荷作用下，飞机耳片连接结构依然会发生疲劳断裂现象。飞机耳片连接结构在发生断裂失效过程中，微裂纹损伤演变通常需要经历裂纹的萌生阶段、扩展阶段和瞬间断裂阶段。大量的研究发现，疲劳裂纹的萌生过程往往占据了疲劳寿命的绝大部分，尽早发现裂纹采取相应的补强措施会极大提高飞机连接结构的安全。作为飞机上的关键结构件，飞机耳片连接结构的完整性对飞行安全具有重要意义。但如何实时精准有效实时监测飞机耳片连接结构疲劳裂纹的萌生以及扩展仍然是一个巨大的挑战。通过对飞机耳片连接结构的微裂纹损伤演变进行精准有效的实时监测将是确保飞机耳片连接结构安全可靠工作的最重要途径。

目前，较为成熟的结构微裂纹损伤监测传感器类型包括：光纤传感器、压电材料传感器、相对真空传感器、涡流传感器、声发射传感器等，它们在用于飞机连接结构的疲劳微裂纹损伤演变监测时，存在以下问题需要解决：难以实现与飞机金属结构的一体化集成；难以承受飞机金属结构的恶劣服役环境或容易受飞机系统的电磁干扰影响；在现有检测范围和精度下难以精准有效评估结构微裂纹损伤演变状态；在现有成本和设备要求水平下难以大范围应用；传感器制备过程复杂且不可降解，难处理。因此，发展一种低成本、环境友好、简单且可靠性高的飞机连接结构微裂纹实时监测技术十分必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的纳米纸传感器及其制法，本发明使用导电填料(纳米碳材料)与纳米纤维素共混的方式制备导电柔性纳米纸，利用导电浆液把导电柔性纳米纸与导线连接组装成应变传感器。使用与飞机耳片连接结构材料模量相近的界面剂，把应变传感器布置在飞机耳片连接结构的关键位置，利用封装薄膜进一步封装，并与数据采集装置连接，对采集到的传感器电阻变化信息进行融合、处理和分析，实现实时监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变，提高了飞机耳片连接结构的安全性。

本发明的一种监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的纳米纸传感器，包括导电柔性纳米纸、导电浆液、导线和数据采集装置，导电柔性纳米纸通过导电浆液和导线连接，导线和数据采集装置连接；

所述的监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的纳米纸传感器用于监测飞机耳片连接结构处电阻变化数据，并将数据传输至数据采集装置进行处理，数据采集装置根据电阻变化率，得到飞机耳片连接结构的微裂纹损伤演变情况。

所述的电阻变化率的计算公式为：R₀为初始电阻，R为测量电阻。

当电阻变化率≤10％，飞机耳片连接结构无裂纹损伤，当10％电阻变化率≤30％则是飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的裂纹萌生阶段；当30％电阻变化率500％，则是飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的裂纹扩展阶段，当电阻变化率≥500％时，则是飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的瞬间断裂阶段，则发生失效，不能继续安全服役。

通过飞机耳片连接结构的纳米纸传感器电阻变化率数据，从而判断飞机耳片连接结构的微裂纹萌生、扩展、失效等损伤演变情况。

本发明的一种监测飞机耳片连接结构裂纹损伤演变的纳米纸传感器的制备方法，包括以下步骤：