[发明专利]一种基于压电纤维的碳纤维增强复合材料冲击检测方法

说明书

本发明涉及一种基于压电纤维的碳纤维增强复合材料冲击检测方法，包括如下步骤：1)，制备压电纤维；2)，将压电纤维和碳纤维编织形成织物，并对织物固化成为复合材料圆管；3)，将复合材料圆管水平放置并用夹具固定；压电纤维内铜丝接电荷放大器测量端，复合材料圆管内碳纤维作为公共端，各路放大电压用数据采集卡实时测量；4)，冲击锤落下，对复合材料圆管产生冲击，复合材料圆管产生形变，对应方向上的压电纤维形变产生压电效应；压电效应产生电压与形变成正比，通过电荷放大器、数据采集卡，并在计算机上读取数据，实现对冲击的检测。本发明能够在保证不影响碳纤维增强复合材料力学性能的前提下，实现对碳纤维增强复合材料的冲击检测。

【技术领域】

本发明涉及一种材料的冲击检测方法，具体涉及一种基于压电纤维的碳纤维增强复合材料冲击检测方法，属于材料性能检测技术领域。

【背景技术】

碳纤维增强复合材料具有很好的机械性能，在许多领域有着广泛的应用。然而在实际应用中，几乎看不见的冲击损伤仍然是一个问题。复合材料在使用过程中经常受到低速冲击，导致力学强度降低，容易产生冲击损伤。如果不能及时发现并修复损坏，可能会导致灾难性的后果。

为了解决这一问题，人们发展了许多无损检测方法。一些无损检测方法在应用中仍然存在问题。比如，光纤可用于结构检测，但需要额外的设备来生成和分析信号。

因此，为解决上述问题，确有必要提供一种创新的基于压电纤维的碳纤维增强复合材料冲击检测方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于压电纤维的碳纤维增强复合材料冲击检测方法，其能够在保证不影响碳纤维增强复合材料力学性能的前提下，实现对碳纤维增强复合材料的冲击检测。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于压电纤维的碳纤维增强复合材料冲击检测方法，其包括如下工艺步骤：

1)，制备压电纤维；

2)，将压电纤维和碳纤维进行编织形成织物，并对织物进行固化，成为复合材料圆管；

3)，将复合材料圆管水平放置并用夹具固定；压电纤维内铜丝接电荷放大器测量端，复合材料圆管内碳纤维作为公共端，各路放大电压用数据采集卡实时测量；

4)，冲击锤落下，对复合材料圆管产生冲击，复合材料圆管产生形变，对应方向上的压电纤维受形变产生压电效应；压电效应产生的电压与形变成正比，通过电荷放大器、数据采集卡，并在计算机上读取数据，实现对冲击的有效检测。

本发明的基于压电纤维的碳纤维增强复合材料冲击检测方法进一步为：步骤1)中，其采用一种压电纤维制备装置，该装置包括支架、铜质针头、压电聚合物溶液、漆包线以及铜环；其中，所述铜质针头与铜环固定在支架上；所述铜质针头中空，其内注入压电聚合物溶液；所述铜质针头中间穿过漆包线，漆包线从铜质针头口穿出并经过铜环。

本发明的基于压电纤维的碳纤维增强复合材料冲击检测方法进一步为：步骤1)的压电纤维具体制备方法如下：

1-1)，铜质针头通正电压，漆包线接地，在压电聚合物溶液中形成从铜质针头指向漆包线的电场，电场会改变压电聚合物溶液的润湿性；

1-2)，漆包线沿着铜质针头方向缓慢牵引，在牵引力与针头挤压共同作用下，能使压电聚合物溶液附着在漆包线的绝缘表面上；

1-3)，被牵引出铜质针头的漆包线进入铜环，在铜环上继续施加正电压，形成从铜环指向漆包线的电场，在电场与牵引力的共同作用下，形成更薄更均匀的压电聚合物层，最终得到所需的压电材料。

本发明的基于压电纤维的碳纤维增强复合材料冲击检测方法进一步为：所述压电聚合物溶液采用DMF做溶剂，压电聚合物做溶质，溶质质量含量为25％；所述漆包线直径0.3mm，表面包覆聚酰亚胺0.02mm。