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碳纤维复合材料在交通越线违规检测中的实验研究

作　者: 龚学进
导　师: 黄莉
学　校: 武汉理工大学
专　业: 固体力学
关键词: 交通违规 碳纤维复合材料 传感特性 移动载荷 有限元模拟
分类号: TP399-C6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 39次
引　用: 1次
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内容摘要


随着经济的发展和国力的不断强盛,我国的现代化进程不断加快,交通网络日趋繁杂,与日俱增的车流量必将给交通道路系统带来更加繁重的压力。交通状况日益恶化,这几乎成为所有城市的通病。由交通违规带来的困境日益为各国政府部门所重视。改进传统水泥基和树脂基功能材料制作工艺,研制一种能有效监测交通载荷作用的新型多功能复合材料传感器件,拓展其应用领域并促使其成为结构功能一体化材料的同时,对推进交通监测智能化方向发展具有广泛的工程应用意义。本文主要研究工作与创新成果包括以下几个方面：1.研究以碳纤维、炭黑、石墨复合导电相制作的水泥基复合材料本征传感器件,分析其在交通载荷作用下的静态、动态传感特性。研究结果表明其有较好的传感稳定性,但灵敏系数较低；2.研究长连续碳纤维经过相关工艺制作的连续碳纤维树脂基复合材料本征传感器件,分析其在交通载荷作用下的静态(时效性、线性度、数据离散程度、平均迟滞性及重复性、灵敏度)及动态传感特性。研究表明：标准条件下,碳带树脂基传感器可以实时、有效、可靠地监测脉冲荷载信号,能定性地判断脉冲载荷的大小；且连续脉冲荷载间的时间间隔越短传感器的线性度越好、可靠性和稳定性越好；3.将制作的传感器件用于道路交通中的越线违规监测模拟实验,通过人流、车流载荷的实验模拟,实验表明利用连续碳纤维树脂基复合材料的传感特性可以准确地测试动载响应,还可以通过传感器电压响应曲线来分析载荷特征,定性地监测交通流(包括人流和车流)。4.找出合理的载荷加载形式,利用ANSYS有限元软件模拟移动载荷加载作用下,传感器件的电压分布响应及压阻特性,分析结构的应变和应力大小。通过理论和实验结果的对比验证了参数计算的正确性,为进一步的实验和理论分析提供依据。

全文目录


中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题的背景和意义  9-12
    1.1.1 智能交通系统的发展概况  9-11
    1.1.2 本文研究的意义  11-12
  1.2 交通违规现象的危害及所用传感检测设备的应用现状  12-14
  1.3 碳纤维智能复合材料的研究现状  14-17
    1.3.1 机敏水泥基复合材料国内外研究现状  14-16
    1.3.2 碳纤维树脂基复合材料国内外研究现状  16-17
  1.4 本文研究的主要内容  17-18
第2章 不同导电掺合料水泥基复合材料的压阻特性  18-28
  2.1 水泥基传感材料的制备  18-19
  2.2 压阻基本性能测试  19-25
    2.2.1 静态载荷作用下的基本性能测试  19-22
      2.2.1.1 测试方法及试验设备  19
      2.2.1.2 实验测试结果  19-22
    2.2.2 动态载荷作用下的基本性能测试  22-25
      2.2.2.1 测试设备及方法  22-23
      2.2.2.2 测试结果  23-25
  2.3 石墨/碳纤维水泥基复合材料压阻机理分析  25-26
  2.4 本章小结  26-28
第3章 连续碳纤维树脂基复合材料的传感特性  28-37
  3.1 连续碳纤维树脂基复合材料的制备  28-29
  3.2 连续碳纤维树脂基复合材料的传感特性测试  29-35
    3.2.1 连续碳纤维树脂基复合材料的静态传感特性  31-34
    3.2.2 连续碳纤维树脂基复合材料的动态传感特性  34-35
    3.2.3 连续碳纤维树脂基复合材料的灵敏度  35
  3.3 连续碳纤维树脂基复合材料传感机理分析  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 交通越线违规检测的实验研究  37-45
  4.1 路面交通载荷情况  37-38
    4.1.1 车载等级  37
    4.1.2 汽车载荷对地的压力计算  37-38
    4.1.3 车载作用时间  38
  4.2 传感测试原理图及路面埋设形式  38-40
  4.3 测试方法  40
  4.4 测试结果  40-43
  4.5 本章小结  43-45
第5章 移动载荷作用下碳纤维带压阻特性的有限元模拟  45-54
  5.1 压阻特性有限元理论基础  45-46
  5.2 实物模型和有限元模型的建立  46
  5.3 材料参数及载荷  46-49
    5.3.1 材料参数  46-47
    5.3.2 约束载荷  47
    5.3.3 试验工作载荷  47-49
      5.3.3.1 行人荷载  47
      5.3.3.2 自行车动态载荷  47-49
  5.4 计算结果及分析  49-53
    5.4.1 行人载荷模拟结果  49-51
    5.4.2 自行车载荷模拟结果  51-53
  5.5 本章小结  53-54
第6章 结论与展望  54-56
  6.1 本文主要结论  54
  6.2 研究展望  54-56
参考文献  56-59
攻读硕士期间公开发表的论文  59-60
致谢  60

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