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國際智慧型纖維復合材料的研發(fā)進(jìn)展
作者：
時(shí)間：2011-03-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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能源消散的結構組件使用。在此想法下，復合材料組件并不看好是高阻尼材料。反倒是復合材料組件的阻尼特性系利用材料阻尼的手法加以最適化。接著(zhù)以使用作動(dòng)器之材料阻尼為焦點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
壓力型陶瓷(PZT)、壓力型高分子(PVDF)，ER流體或形狀記憶合金(SMA)的使用為材料阻尼。這些作動(dòng)器要素系制成薄膜或纖維狀，所以可貼附或埋設在復合材料中。與粘接的PZT面料交錯的CFRP膠合板對振動(dòng)的被動(dòng)式阻尼有效用。并有將ER流體封入CFRP膠合板之間，使用與埋設的PZT膜作為作動(dòng)器并用混合智能型系統，導入新型的最合適的控制系統，可有效進(jìn)行振動(dòng)控制。這些實(shí)驗以及理論的結果顯示，混合系統擁有良好的阻尼特性。使用與CFRP膠合板密封之ER流體所構成的阻尼層，研究主動(dòng)阻尼。外側的CFRP皮層為拘束層，內側的皮層為電極，分別動(dòng)作。此種阻尼特性可以由施加電場(chǎng)來(lái)控制。埋設被動(dòng)式阻尼想法所設計的SMA電線(xiàn)之CFRP膠合板顯示能夠獲得良好的阻尼性能。
降低噪音是材料的振動(dòng)控制的應用。但是，需要不同于材料阻尼的控制系統。那是因為振動(dòng)模態(tài)和音響動(dòng)力模態(tài)不同所致。因此有復合材料膠合板所發(fā)之音響動(dòng)力模態(tài)的分析模型。由面板貼附壓力型陶瓷，就能夠加以控制發(fā)生在復合材料面板上的噪音。
可形狀控制的復合材料
為利用大變形作動(dòng)器加以驅動(dòng)形狀可控制復合材料時(shí)，需要低的硬挺性。因此，技術(shù)適用于貼薄薄的復合材料或是皮層。另有使用分布PZT和PVDF之懸臂梁狀結構物的振動(dòng)和形狀控制的報告。此種技術(shù)被應用在衛星天線(xiàn)的柔軟性結構的控制上。許多很特別的構思連同作動(dòng)器被提出。使用可大變形的復合材料之CFRP膠合板和金屬板所構成的作動(dòng)器的設計是為了能夠因為電阻發(fā)熱而獲得大變形。膠合板作動(dòng)器的設計是為了使復合材料層橫向熱膨脹系數(CTE)和金屬層的數值一致，如此就能預防外面變形的發(fā)生。SiC纖維強化金屬基體作動(dòng)器也有作為高溫作動(dòng)器。
提高損傷阻力和修復
復合材料的初期損傷模式是會(huì )產(chǎn)生局部損傷。局部的損傷雖然不是致命性的因素，然而會(huì )使復合材料的剛性和損傷阻力降低。局部的損傷分布在復合材料內部，所以，修復這些損傷甚為困難。將此種材料性能損傷的影響降到最低的對策，在日本有想到使用作動(dòng)器的兩種手法。一是提高損傷阻力，另一項就是修復損傷。局部性損傷的發(fā)生荷重標準和復合材料制造時(shí)殘留應力有關(guān)系，所以為了使殘留應力減少，減緩或控制損傷的進(jìn)行而使用SMA作動(dòng)器。有報告指出，埋設在CFRP混織膠合板0度層的SMA電線(xiàn)可以減緩90度層的織物層中之橫裂紋的繼續進(jìn)行。CFRP混織膠合板的0度織物層和90度織物層間所埋的SMA箔對減緩或控制90度織物層中橫紋進(jìn)行具有效用。
除了修復過(guò)程之外，使材料維持特性時(shí)，利用熱熔融的材料將空隙填滿(mǎn)就能夠修理材料內所分布的內部損傷。一般來(lái)說(shuō)，想要修復此種熱硬化PMC中的損傷是不可能的事情，但是熱可塑性PMC的局部損傷是可以修復的。但是，熱硬化PMC的修復有新想法的提出，即在基體內使用作為作動(dòng)器而混合的可熔融的塑料粒子的方法。熱可塑聚合物粒子或未硬化的熱硬化聚合物粒子混合之熱硬化PMC利用加熱就具有修理的能力。
國際最近所舉辦的有關(guān)復合材料的學(xué)會(huì )演講會(huì )、座談會(huì )、國際性會(huì )議等，可以看到有智能型復合材料會(huì )期的安排和眾多的發(fā)表。但直到今天，有眾多的研究仍在持續進(jìn)行中。
今后智能型復合材料邁向實(shí)用化必須克服的課題是：
(1)確立符合目的的智能型復合材料的設計手法
(2)開(kāi)發(fā)不需要精巧技術(shù)的制造手法
(3)弄清在惡劣環(huán)境下的機械性質(zhì)
(4)傳感器和作動(dòng)器等智能型素材的低價(jià)格化等等。
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