·642· 北京科技大学学报 2002年第6期 压阻效应越来越明显 可实现对该材料的在线实时自监测，以及对其 损伤、破坏的自诊断. 3 结论 参考文献 (1)不同铺层方向CFRP单向层合板单轴拉 1陶宝祺.智能材料结构M北京：国防工业出版社， 伸时体积电阻的变化特性各不相同.该特性比 1997 拉伸中应力、应变的变化能更多地反映有关材 2梁大开，黄明双，陶宝祺光纤埋入碳纤维复合材料结 料内部结构变化的信息，如变形、纤维断裂等. 构的实验研究).材料工程，2000,20(2：16 (2)CFRP单向层合板具有压阻效应.纵向 3 Schult K,Baron C.Load and failure analyses of CFRP 拉伸时压阻效应的产生是由于碳纤维的细原丝 laminates by means of electrical resistivity measurements [J].Composites Sci and Tech,1989,36(1):63 间接触电阻的变化或结晶的再取向引起碳纤维 4肖军，李勇，复合材料层合板面内压阻效应层合理论 电阻系数发生变化，从而导致CFRP单向层合 研究[J固体力学学报，1999,20(2)：157 板电阻系数发生变化；偏轴拉伸、横向拉伸时压 5 Xiao Jun,Fan Weixun.Piezoresistance characteristics of 阻效应的产生则是由于应变使得碳纤维与碳纤 orthotropic materials [J].Trans of Nanjing University of 维之间的距离改变，碳纤维与碳纤维间的接触 Aeronautics Astronautics,1999,16(1):105 电阻改变以及碳纤维与基体间界面电阻改变造 6 Muto N,Yanagida H.Foreseeing of fracture in CFRP com- posite by measuring electrical resistance [J].J of Japanese 成 Composite Society,1991,8(4):144 (3)CFRP单向层合板压阻效应的值随应力 7 Moriya K,Endo T.A Study on flaw detection method for 及铺层方向角的变化而改变.压阻效应随着应 CFRP composites laminate I:The measurement of crack 力的增加而增加；偏轴拉伸、横向拉伸时压阻效 extension in CFRP composites by electrical potential 应比纵向拉伸时要大，且随铺层方向角的增大， method [J].Trans Jpn Soc Aeronaut Space Sci,1990,32 压阻效应越来越明显 (98):184 8 Owston C N.Electrical properties of single carbon fibers (4)利用CFRP单向层合板这种自传感特性， [J].J Phys D:Appl Phys,1970,3:1615 Sensor Characteristics of CFRP Unidirectional Laminates LUO Xinyi,WAN Kaikun,XIONG Ke,ZHU Xiaorong",LI Shunlin 1)College of Materials Science and Technology,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China 2)Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 3)The Aeronautical Science Key Laboratory,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China ABATRACT The sensor characteristics of CFRP unidirectional laminates were studied by measuring the re- sistance changes while tension or cyclic tension was applied.The results show that the characteristics of resis- tance change are different at different ply angles.These characteristics can reflect more information than stress and strain.It is found that CFRP unidirectional laminates have piezoresistive effect.With an increase in stress, the piezoresistive effect increases.The piezoresistive effect of off-axis and 90 CFRP laminates is stronger than that of 0 CFRP laminate and with the increase of the ply angle the piezoresistive effect increases.By use of the characteristics of resistance change,the CFRP unidirectional laminate can be inspected in-situ and the damage can be diagnosed by itself. KEY WORDS carbon fiber composite:piezoresistive effect;off-axis一 6 4 2 - 压阻效应越来越 明显 . 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 2 0 0 2 6 可实现对该材 料的在线实时 自监测 , 以 及对其 损伤 、 破坏 的 自诊 断 , 3 结论 ( l) 不 同铺 层方 向 C FRP 单 向层合板 单轴拉 伸 时体积 电 阻的变化 特性 各不相 同 . 该 特性 比 拉伸 中应力 、 应变 的变化能更 多地反映有关材 料 内部结构 变化的信息 , 如变形 、 纤维 断裂 等 . (2 ) C FRP 单 向层合板具 有压阻效应 . 纵 向 拉伸 时 压阻效应 的产生是 由于碳纤维 的细原丝 间接触电 阻的 变化或结 晶的再取 向引起碳纤 维 电阻系数 发生变化 , 从 而导致 c FRP 单 向层合 板 电阻系数发生变化 ; 偏轴拉伸 、 横 向拉伸 时压 阻效应的产生则是 由于应变使得碳纤维与碳纤 维之 间的距 离改变 , 碳纤 维与碳纤维 间的接触 电阻改变 以及碳纤维 与基体 间界面 电阻改变造 成 . (3 ) C FRP 单 向层 合板压阻效应 的值 随应 力 及铺层方 向角 的变化而改变 . 压阻效应 随着 应 力 的增加而增加 ; 偏轴拉伸 、 横 向拉伸时压阻效 应 比纵 向拉伸时要 大 , 且随铺层方 向角的增大 , 压 阻效应 越来越 明显 . (4 )利用 C FRP 单 向层合板这种 自传感特性 , 参 考 文 献 1 陶宝棋 . 智能 材料结 构 [M ] . 北 京: 国防工业 出版社 , 1 9 9 7 2 梁大开 ,黄 明双 , 陶宝 棋 . 光纤 埋人碳 纤维 复合材料 结 构 的实 验研究 田 材料 工程 , 2 0 0 0 , 2 0 ( 2 ) : 16 3 S e hu l t K , B ar o n C . L o ad an d fa i lur e an a ly s e s o f C FRP l am in aet s b y m e an s 0 f e l e e tr i e al er s i s t i v iyt m e a s uemr e nt s [J ] . C o m P o s it e s S e i a l l d eT e h , 1 9 8 9 , 3 6 ( l ) : 6 3 4 肖军 ,李勇 . 复合材 料层 合板面 内压阻效 应层合 理论 研究 [ J ] . 固体力 学学 报 , 1 9 9 9 , 2 0 ( 2 ) : 15 7 5 X i ao j u n , Fan W 己i x u n . P i e oz er s i s t an e e e h a ar e et ir s t i c s o f o hrt ot r oP i e m at e r i a l s [ J ] . rT an s o f N anj ing nU i v e r s iyt o f A e or na u ti c s & A s otr n aut i e s , 1 9 9 9 , 1 6( l ) : 1 0 5 6 Mu t o N , Y白n iag d a H . F or e s e e i n g o f fr a c t u r e i n CF RP e om - P o s i t e 勿 m e a s u r ing e l e ctr i e a l er s i s t a n c e [J I . J o f j ap ane s e C om p o s i t e s o e i e yt, 1 9 9 1 , 8 ( 4 ) : 14 4 7 M o ir y a K , E n d o .T A S tU dy o n fl aw d e t e c ti o n m e t h o d fo r C F即 e om P o s i t e s l am in aet l : T he m e a s uer m e nt o f e r ac k e xet n s i on i n C FRP c o m P o s i t e s by e l e c tr i e a l P oet nt i a l m e ht o d [J ] . rT an s PJ n S o c A e r o n aut SP ac e S e i , 19 9 0 , 3 2 ( 98 ) : 18 4 8 0 w s ot n C N . E l e e itr c a l Por Pe rt i e s o f s i n g l e e ar b o n if b e r s [Jl . J P hy s D : A p 1 P hy s , 1 9 7 0 , 3 : 16 1 5 S e n s o r C h ar a e et r i s t i e s O f C F R P U n id i r e c t i o n a l L a ln i n at e s L U O Xi ny !i) , 恻N aK iku n )z, 尤陌 W G eK ” , Z 仔 U Xi a o or 衅 , LI hS un iln “ 1) C o ll e g e o f M a t e r i a l s S e i e n e e an d eT c ih 1 o l o gyl N anj ign nU i v er s ity o f A e or n aut i e s an d A s t r o n a u t e s , N anj ing 2 1 0 0 16 , C hi n a 2 ) M at e r ial S e i en e e an d E n g in e e r ing S e h o o l , U S T B e ij in g , B e ij ign 1 0 0 0 8 3 , C h in a 3 ) T h e A e or n au ti e al S e i e n e e K ey L ab o art o yr, N anj ign U n iv e rs iyt o f A e or n aut i e s an d A str on aut i c s , N anj ign 2 10 0 16 , C h in a A B AT R A C T hT e s en s or ch ar a e t e r i s t i e s o f C F R P un id i r e e t i o n al l am in ate s w e r e s tu d i e d 勿 m e a s而gn ht e re - s i s t a n e e e h a n g e s W h ll e t e n s ion o r e y e li e t en s i o n w a s ap P li e d . T h e re s u lt s s h o w ht at ht e e h ar ac t e r i s t i e s o f r e s i s - t an e e e h a n g e are id fe r e in at d i fe r e nt P ly an g l e s . hT e s e e h ar a e t e ir s t i e s e an r e fl e e t m o r e i n of rm at i o n ht an s tre s s an d s tr a in . I t 1 5 of un d ht at C F RP u n i d i r e c t i o n al l am i n at e s h va e Pi e z o re s i s t i v e e fe ct . W itl l an i n c re a s e i n s tr e s s , ht e Pi e z o r e s i s t i v e e fe e t in e er a s e s . hT e Pi e z o r e s i s t i v e e fe e t o f o -f ax i s an d 9 0 0 C F孙 l am in at e s 1 5 s tr o n g e r ht an ht at o f o o C F R P l am i n at e an d w iht ht e in e r e a s e o f ht e Pl y an g l e ht e P i e z o r e s i s it v e e fe e t i n e r e a s e s . B y u s e o f ht e e h ar a c t e r i s t i e s o f r e s i时an e e e h an g e , ht e C FR P un id ir e e t i o n a l l am i n at e e a n b e in s P e e t e d i n 一 s iut an d ht e d am a g e c an b e d i a gn o s e d by it s e l.f K E Y W O R D S c a r b o n ifb e r e o m P o s it e : Pi e z o r e s i s t i v e e fe e t : o -f ax i s