混凝土梁的力电效应研究

研究了混凝土梁的力电效应,通过附着在混凝土梁上、下表面的电极和计算机自动数据采集系统,检测混凝土梁在三点弯曲时产生的电流。试验表明,随着载荷的增加,电流强度增加。在载荷持续阶段,电流强度缓慢减小。突然卸载时,出现反向的电流。相同载荷下,在离加载点较近的梁段,产生的电流强度较大。研究了埋入混凝土梁中的碳纤维水泥复合材料(CFRC)立方试块的力电效应,CFRC展示了与素混凝土类似的力电关系。本研究为混凝土结构的应力自诊断提供了新的方法。

碳纤维水泥砂浆梁力电效应的研究

目的研究碳纤维水泥砂浆梁加载和卸载过程的力学及电学性能,为其应用于混凝土结构(如建筑、桥梁、大坝等)的无损自诊断检测预警、车重及车速的测量等领域提供参考依据.方法设计了5组碳纤维水泥砂浆简支梁,每组3根梁,各组碳纤维质量分数分别为0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%,对梁施加了两个集中荷载,观测在加载及卸载过程中所产生电流、电压的情况.结果梁受力产生的电压值与所受荷载值具有一一对应的关系.荷载反向时,电压方向同时发生改变,当首次或突然施加荷载时,电压变化非常明显.随着碳纤维掺入量的增加,力电效应随之减弱.结论碳纤维水泥砂浆梁的力电效应是确实存在且可以测得的,当匀速加载、突然加载、匀速卸载、突然卸载时,均有电流产生,且加载时产生的电流与卸载时产生的电流方向相反.

力电效应机敏混凝土梁模型

本文借助混凝土本身的力电效应 ,研制了具有应力感知功能的机敏混凝土梁模型。该模型不需要借助外加的传感器即可实现应力感知功能 ,是一种本征型的机敏混凝土结构。同时 ,把碳纤维水泥复合材料立方试块埋入混凝土梁中 ,探讨其力电效应在应力诊断中的应用。

骨组织力电效应的生物力学模型和有限元分析

目的:运用数值研究的方法阐述骨组织应力对流动电位的影响,为阐明骨生理、病理现象以及进一步研究骨损伤相关疾病辅助物理康复技术奠定理论基础.方法:将骨组织看作是一种由固体骨基质和细胞外液等液体所组成的两相多孔介质模型,结合电动理论,建立描述骨组织的生物力学模型以及流动电位的模型,由Galerkin加权残值法和罚方法得到了有限元方程.通过自编程序对骨组织的变形场、流动场和流动电位进行了数值分析和模拟,并与实验进行了对比观察.结果:得到了流动电位与载荷频率、载荷大小的关系.结论:流动电位随载荷频率单调增加,并且其斜率逐渐减少,最后流动电位趋向于平缓.流动电位与驱动载荷的相位差跟载荷频率的关系刚好和幅值变化相反,随载荷频率的升高,相位差减少.

力电效应机敏碳纤维混凝土梁模型

建立了混凝土梁模型与测试系统,通过测试由混凝土本身的力电效应产生的电流,可以诊断混凝土梁的应力,利用这种力电关系可望开发混凝土及其复合材料的传感和驱动功能,为机敏混凝土结构实现某些传感和驱动功能提供了新的方法和思路。

力电效应

物体受力后,其电参数将要发生变化。这种变化因物体(材料)性质和种类不同而不同。这些力转换成电的种种物理现象,称为力电效应。力电效应是将机械能转换为电能的物理效应。

水泥净浆的力电和电力效应研究

本文研究了水泥净浆在外力作用下产生电流的力电效应 ,以及由于电场作用产生变形的电力效应。通过实验测试了水泥净浆梁弯曲时产生的电流和在外加电场作用下的弯曲变形 ,表明所产生的电流从梁受压的一侧流出 ,电致弯曲的方向与施加电场的方向相反。提出了水泥净浆偶电层中离子分布模型 ,以此探讨水泥净浆力电。

碳纤维水泥砂浆柱体轴压下力电性能尺寸效应研究

采用54个3种尺寸的几何相似碳纤维水泥砂浆试样,在给定电压下测试柱体电极间的电流;测试轴向应变下电阻率和柱体的极限荷载,分析给定应力下试件的灵敏度系数,计算轴压下柱体的抗压强度。研究表明:碳纤维水泥砂浆棱柱体具有压敏特性,可以利用电阻变化率来监控构件的自损伤;碳纤维水泥砂浆棱柱体的电阻率随着试件尺寸的增大而减小,即试样的电阻率存在尺寸效应现象;碳纤维水泥砂浆棱柱体试件在单向加载作用下试样的灵敏度系数随尺寸的增大而增大;抗压强度随着试件几何尺寸的增加而降低,可以用Bazant的尺寸效应律来拟合。

花岗岩自膨胀开裂破坏力电磁效应试验研究

分模块搭建监测岩石破碎过程中电磁辐射现象的试验系统,通过开展花岗岩自膨胀开裂破坏试验,研究花岗岩在内膨胀压力下开裂破坏过程中的电磁响应特征,分析花岗岩自膨胀过程中的电磁响应与破坏的关系以及开裂过程的电磁能量辐射规律。研究结果显示:花岗岩主破裂瞬间,产生最大的幅度在0.2 mV左右的电磁辐射。主破裂发生以前,微裂纹在特征时间点发生突变贯通,伴随较强的电磁信号。花岗岩破裂过程中的电磁辐射强度具有方向性。通过试验装置检测到的电磁信号的频率主要是低频,而且存在特征频率,破裂时以电磁波方式向外辐射的能量多以这些特征频率进行辐射。

弹性范围内碳纤维混凝土梁在循环荷载下的力电效应研究

研究了不同循环荷载下,SCFC梁电阻的相应变化,实验表明,SCFC梁可用作压敏型感应器。

几种水泥基复合材料力电耦合效应的比较

结合掺和料的形态分析,研究了碳纤维、石墨、钢纤维以及两种纳米氧化钛复合水泥基材料的力电耦合效应.研究结果表明:钢纤维长径比小,密度大,和粒子状的碳黑一样,在很高掺量仍处于未渗流区,两种水泥石的力电耦合效应都不明显.碳纤维长径比大、密度小,在较小掺量即可进入渗流区,一次加载至破坏,其电阻率变化率可达20%～30%,力电耦合作用最明显.纳米氧化钛在较小掺量即可进入渗流区;金红石相纳米氧化钛水泥石不具备力电耦合效应;而复合具有半导体特性的锐钛相纳米氧化钛的水泥石具有力电耦合效应,一次加载至破坏,其电阻率变化率在7%～10%.

基于力电耦合效应的非均匀压电材料断裂问题研究

作为一种智能材料,非均匀压电材料广泛应用于航空航天、军事等领域,由于其脆性,材料中的微裂纹对结构寿命影响较大。基于非均匀压电材料的本构关系,几何关系和边界条件,利用分层法的原理进行材料的梯度划分,分析了力电耦合效应下非均匀压电材料中的断裂问题。建立含裂纹非均匀压电板的有限元模型,讨论了力电耦合效应下不同梯度参数、不同裂纹形状、不同裂纹尺寸以及不同梯度函数对裂纹周围应力和电位移分布的变化规律。首次提出几何过程函数来进行非均匀材料属性的调控,实现材料参数的随机递增/随机递减。数值结果给出了在力电耦合效应下,裂纹周围应力和电位移的分布规律;梯度参数的增大使裂纹周围应力和电位移增大;裂纹几何尺寸变小,裂纹周围应力增大而电位移减小且椭圆形裂纹周围应力要大于圆形裂纹。因此,在非均匀材料结构设计中,梯度参数应在可使用范围内选取较小值;选择不同梯度函数的对裂纹周围的应力和电位移有一定影响,这对于非均匀压电材料结构设计及实际应用起到借鉴作用。

密质骨力-电效应的实验研究

根据从生理盐水中取出时间的长短模拟干骨和湿骨,采用分离式Hopkinson压杆装置研究不同长度和直径的密质骨试件在冲击载荷作用下的压电电压及相应的滞后时间,从而研究干骨和湿骨分别对压电电压滞后时间以及电压幅值的影响,并分析讨论了产生不同压电电压滞后现象的机理。得到以下结论:湿骨电压滞后现象比干骨更为明显;从试件的几何尺寸分析,试件长度和直径都与压电电压幅值成正比;试件离水时间越长,压电电压幅值越小。

水泥净浆力电机敏性的试验研究

研究了水泥净浆从小载荷直至破坏时的力电效应。研究表明 :水泥净浆在单向压应力作用下产生电流 ,电流强度随应力的增加而增加 ,电流强度与应力之间存在一一对应关系。载荷保持时 ,电流逐渐减小。随着水灰比的增加 ,敏感性也增加。力电机敏性随含水量的增加而增加 ,从而进一步验证了力电效应的机理。

环氧树脂基导电复合材料力电性能研究

实验研究了填充炭黑的环氧树脂基导电复合材料的导电机理,不同炭黑掺量复合材料在一次加载及反复加载卸载下的力电效应。结果表明,炭黑掺量为20%试件的力电效应明显且稳定;各掺量试件卸载后均存在较大残余电阻,经多次加载卸载后,电阻变化率逐渐减小并趋于稳定值;卸载后电阻恢复率不断增加,最终可完全恢复。

HEMT器件力电耦合传感特性测试

设计了在Si微结构与AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)集成的微机电系统(MEMS)。通过微机械加工工艺,完成了力电耦合传感结构的加工。通过实验测试发现HEMT器件具备很强的力电耦合特性,测试结果在-1.5 V栅压下,HEMT器件对应力的灵敏度为123.96 MPa/mA,线性度为6.95%。

碳纤维机敏混凝土梁弹性应力自监测实验研究

基于碳纤维混凝土材料的压力机敏性 ,采用两电极法研究了CFRC梁构件弹性应力自监测的规律 .循环荷载实验结果表明 ,试验梁受压区CFRC弹性应力状态开始变化时 ,其电阻变化率存在滞后反应现象 ,但在随后的应力状态变化过程中该滞后反应消失 ,且电阻变化率与弹性压应变基本保持一定的线性相关关系 .测试结果具有良好的可重复性 .基于实验所得CFRC电阻变化率与弹性压应变的相关曲线 ,可实现碳纤维机敏混凝土梁控制截面的弹性应力自监测 .

水泥砂浆在载荷作用下的电学模型研究

水泥砂浆试块在载荷作用下会产生电信号 (电压或电流 ) ,推导了这种力电效应的电学模型。载荷作用下的水泥砂浆试块相当于一个电流源 ,电解质水溶液在孔隙中流动会遇到阻力形成内阻 ,电极和其中的水泥砂浆电介质构成电容。并分析了模型中每个元件的构成和大小 。

碳纤维钢渣混凝土的性能研究

以碳纤维和钢渣为功能导电基元材料,通过合理的添加制备了导电混凝土。探讨了碳纤维含量一定条件下,不同钢渣含量的对混凝土抗压强度和电阻率的影响;研究了碳纤维钢渣混凝土电阻率在外荷载作用下从加载至最终破坏的全过程。结果表明在碳纤维混凝土中通过添加一定量的钢渣能够改善混凝土的导电能力从而降低碳纤维的使用量。利用碳纤维钢渣混凝土的力电效应,碳纤维钢渣混凝土可作为自监控断裂损伤材料。

硅基外延GaAs材料的力学仿真分析

Si,GaAs,Si基异质外延GaAs三种材料的基本力学特性各有不同,通过理论计算和ANSYS仿真得出相同条件下Si基异质外延GaAs材料中GaAs应力转化率是Si和GaAs材料的1.26倍左右,应力造成的位移系数略小于Si,远远小于GaAs,同时经过计算得出Si基异质外延GaAs材料的量程是GaAs材料的5倍,说明Si基外延GaAs材料不仅机械特性良好,而且还明显优于Si和GaAs,有更好的力电耦合效应需要的机械特性。