Πιεζοηλεκτρική συμπεριφορά αεροναυπηγικού σύνθετου υλικού (GFRP) υπό καμπτικά φορτία με ενσωματωμένα αισθητήρια παραμόρφωσης

Abstract

Ιδιαίτερα καινοτόμα σύνθετα υλικά έχουν κατασκευαστεί τα τελευταία χρόνια με απώτερο σκοπό τις αυξημένες μηχανικές τους ιδιότητες και ταυτόχρονα έχουν ήδη ενσωματωμένα αισθητήρια για την δομική τους παρακολούθηση. Σε αυτά τα υλικά ανήκει και το υλικό της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας, δηλαδή πολυμερές οπλισμένο με ίνες υάλου (GFRP) στο οποίο έχει ήδη ενσωματωθεί μακρο-ίνα από πολυβινυλική αλκοόλη με νανοσωλήνες άνθρακα. Οι συγκεκριμένες ίνες έχουν παρασκευαστεί στο CNRS του Μπορντό της Γαλλίας, έχουν εγγενή ηλεκτρική αγωγιμότητα και κάνουν εφικτή την παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας του υλικού μέσω της μεταβολής της ηλεκτρικής τους αντίστασης. Τα εν λόγω αισθητήρια έχουν μέχρι στιγμής χρησιμοποιηθεί επιτυχώς σε δοκίμια για να περιγράψουν την αξονική παραμόρφωση των δοκιμίων.Ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι να παρουσιαστεί η ηλεκτρομηχανική συμπεριφορά αυτών των αισθητηρίων, όταν λειτουργούν ενσωματωμένα σε σύνθετα υλικά και υπό καμπτικά φορτία. Κύριος στόχος της παρούσας εργασίας είναι να περιγράψει την συμπεριφορά διαφορετικών τέτοιων ινών, που χρησιμοποιήθηκαν ως μη προ-εντεταμένες ή προ-εντεταμένες κατά 50%, 100% και 200% και δημιουργήθηκαν πριν την διεργασία παρασκευής των σύνθετων υλικών. Ταυτόχρονα, γίνεται μια προσπάθεια εξήγησης της εν λόγω συμπεριφοράς με τους γνωστούς τρόπους βλάβης των σύνθετων υλικών που συσχετίζονται με το ποσοστό μηχανικής καταπόνησης του προς μελέτη υλικού. Για να επιτευχθούν τα παραπάνω πραγματοποιήθηκαν μηχανικές δοκιμές κάμψης τριών και τεσσάρων σημείων στήριξης σε δοκίμια από σύνθετα υλικά με ενσωματωμένα τέτοια αισθητήρια. Παράλληλα με τα δεδομένα της μηχανικής, (δύναμη, μετατόπιση), καταγράφονταν και η ηλεκτρική αντίσταση της ενσωματωμένης ίνας. Υπολογίστηκε το πειραματικό βέλος κάμψης των σύνθετων υλικών και συσχετίστηκε με την μεταβολή ηλεκτρικής αντίστασης για τις τέσσερις διαφορετικές ίνες που χρησιμοποιήθηκαν, οι οποίες στη συνέχεια συσχετίστηκαν με τα αποτελέσματα παραμόρφωσης του σύνθετου υλικού. Στην εργασία παρουσιάζεται το πειραματικό βέλος κάμψης, το παραμορφωσιακό πεδίο της εν λόγω ίνας, καθώς και οι μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού GFRP με ενσωματωμένη ίνα PVA-CNT.