基于碳纳米管传感和导波的结构健康性监测研究

传感器的安装对结构性能的负面影响及其与结构间耦合性能衰退的问题是阻碍基于导波的主动在线结构健康性监测技术实用化的主要因素。本项目以碳纳米管增强碳纤维复合材料结构为研究对象，应用准连续介质模型和多尺度力学方法，对增强复合材料结构中生长于碳纤维上的单个碳纳米管的动力学行为、碳纳米管簇作为导波激励/传感器件的特性、导波在纳米管增强复合材料结构中的传播特性、导波与结构中纳米管增强区域及损伤的耦合、试件模拟与试验等五个方面开展研究，探索将增强复合材料中的碳纳米管作为导波激励和传感器用于结构健康性监测的理论分析与建模仿真问题。研究过程将充分重视学科交叉与渗透，在现有研究成果的基础上，研究开发自主创新的理论和技术，为在主动式结构健康性监测技术中实现激励/传感器与碳纳米管增强复合材料基体在材料级的融合奠定理论分析和建模仿真基础。本项目的研究对推动结构健康性监测技术的发展具有重要的理论意义和工程实用价值。

传感器的安装对结构性能的负面影响及其与结构间耦合性能衰退的问题是阻碍基于导波的主动在线结构健康性监测技术实用化的主要因素。本项目以碳纤维复合材料结构为研究对象，应用理论分析、动力学仿真和试验相结合的方法，对碳纳米管薄膜的激励/传感特性、碳纳米管薄膜驱动器的试验工艺和方法、导波在碳纤维复合材料结构中传播的机理、导波与复杂结构中损伤的耦合特性等方面开展了研究工作，探索了将碳纳米管薄膜作为结构健康监测中的传感和激励器件的可行性。研究成果为在主动式结构健康监测技术中实现激励/传感器与结构在材料级的融合奠定了理论分析、建模仿真和试验的基础。本项目的研究对推动结构健康监测技术的工程应用具有重要的理论意义和实用价值。.在本项目的资助下，已发表和录用论文20篇，其中被SCI收录6篇、EI收录7篇（不含被SCI同时收录的论文）、ISTP收录3篇；申请国家发明专利2项，获授权国家发明专利3项，软件著作权2项；博士研究生毕业2名、在读3名；硕士研究生毕业2名、在读5名。