Damage sensing of carbon nanotubes embedded glass fiber composites based on electrical resistance change

2012 ◽  
pp. 373-376
Author(s):  
S Lee ◽  
J Yi ◽  
S Lee ◽  
J Byun ◽  
E Thostenson ◽  
...  
Keyword(s):  
Carbon Nanotubes ◽  
Glass Fiber ◽  
Electrical Resistance ◽  
Fiber Composites ◽  
Resistance Change ◽  
Glass Fiber Composites ◽  
Damage Sensing ◽  
Electrical Resistance Change

scholarly journals Energy dissipation and high-strain rate dynamic response of E-glass fiber composites with anchored carbon nanotubes

2016 ◽  
Vol 88 ◽  
pp. 44-54 ◽  
Author(s):  
Veera M. Boddu ◽  
Matthew W. Brenner ◽  
Jignesh S. Patel ◽  
Ashok Kumar ◽  
P. Raju Mantena ◽  
...  
Keyword(s):  
Carbon Nanotubes ◽  
Energy Dissipation ◽  
Dynamic Response ◽  
High Strain Rate ◽  
Strain Rate ◽  
Glass Fiber ◽  
High Strain ◽  
Fiber Composites ◽  
Glass Fiber Composites ◽  
Rate Dynamic

Sensing of Damage in Glass Fiber Composites by Adding Carbon Nanotubes

2013 ◽  
Vol 330 ◽  
pp. 68-76 ◽  
Author(s):  
Li Min Gao ◽  
Xin Lin Qing
Keyword(s):  
Carbon Nanotubes ◽  
Glass Fiber ◽  
Composite Structures ◽  
Fiber Composites ◽  
Damage Initiation ◽  
Micro Scale ◽  
Glass Fiber Composites ◽  
Specific Strength ◽  
Fiber Reinforced Polymer Composites ◽  
Structural Applications

Advanced fiber-reinforced polymer composites are known to possess outstanding specific strength and stiffness and their use in structural applications continues to expand. Most structural composites are susceptible to the formation of micro-scale damage in polymer matrix under adverse conditions which has significant implications on the durability and performance of fiber composites. Thus, it is imperative to detect the initiation and evolution of damage in composites long before their catastrophic failure. In this report, our recent research in sensing of micro-crack in matrix in situ and in real time for glass fiber composites was reviewed. Carbon nanotubes were dispersed into glass fiber composites by three roll mill technique. A resistance parameter was utilized to quantitatively characterize damage initiation and propagation. Damage mechanisms and development were investigated under tension, fatigue loadings. This research demonstrates the feasibility and benefits of electrical resistance measurements in the sensing of micro-scale damage for fiber composites using carbon nanotubes and offers the potential for in-service health monitoring of composite structures.

scholarly journals Multifunctional composite structures with damage sensing capabilities

2013 ◽  
Author(s):  
Αθανάσιος Μπαλτόπουλος
Keyword(s):  
Electrical Resistance ◽  
Composite Structures ◽  
Resistance Change ◽  
Damage Sensing ◽  
Electrical Resistance Change

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η διερεύνηση, η αναλυτική μελέτη και η αποτίμηση της εφαρμογής νέων υλικών και μεθοδολογιών για την ανάπτυξη πολύ-λειτουργικών κατασκευών από Σύνθετα Υλικά (ΣΥ) με ικανότητα ανίχνευσης βλάβης. Πιο συγκεκριμένα, προτείνονται και μελετώνται δύο κατευθύνσεις: η ανάπτυξη νέων λειτουργιών και η ενίσχυση της πολυ-λειτουργικότητας των συνθέτων υλικών με χρήση νανοτεχνολογίας, και η ανάπτυξη νέων μεθοδολογιών για την ανίχνευση της βλάβης που να είναι βασισμένες στις ηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού. Αμφότερες επιλέχθηκαν με στόχο την καλύτερη ενσωμάτωση της ικανότητας ανίχνευσης βλάβης με καινοτόμες μη καταστροφικές μεθόδους.Αρχικά, η χρήση νανοτεχνολογίας και συγκεκριμένα Νανο-Σωλήνων Άνθρακα (ΝΣΑ) για τον έλεγχο των ιδιοτήτων παραγόμενων πολυμερών αφρών ως συνιστώσα πολυλειτουργικών ΣΥ τύπου sandwich προτάθηκε, μελετήθηκε και αποδείχτηκε εφικτή. Αναπτύχθηκε η μεθοδολογία για την παραγωγή και κατασκευή ηλεκτρικά αγώγιμων νανοσύνθετων πολυμερών αφρών ως φορέων πολύ-λειτουργικότητας. Με χρήση τεχνικών διασποράς παρήχθησαν νανοσύνθετου αφροί ενισχυμένοι με Νανο-Σωλήνες Άνθρακα (ΝΣΑ) σε διάφορες περιεκτικότητες ΝΣΑ και πυκνότητες. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των αφρών μελετήθηκε ως προς τους δύο αυτές μεταβλητές και με χρήση στατιστικών μοντέλων περιγράφηκε η τελική ιδιότητα των υλικών. Τέλος, προτείνεται ένας χάρτης συσχέτιση μεταξύ παραμέτρων επεξεργασίας-δομής-ιδιότητας.Έχοντας αναπτύξει ηλεκτρικά αγώγιμους αφρούς, στη συνέχεια μελετήθηκε η εφαρμογή ηλεκτρικών μεθόδων παρακολούθησης για την ανίχνευση παραμόρφωσης και βλάβης σε αυτά τα συστήματα υλικών. Η ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος ηλεκτρικής ανίχνευσης Electrical Resistance Change Method (ERCM) διερευνήθηκε και αποδείχθηκε αποτελεσματική για τη αξιολόγηση της αναπτυσσόμενης βλάβης κατά τη διάρκεια πειραμάτων συμπίεσης των αφρών. Βάσει των αποτελεσμάτων προτείνεται μια χαρακτηριστική καμπύλη για το συσχετισμό της ηλεκτρικής μέτρησης και των διαφορετικών σταδίων της μηχανικής απόκρισης. Η καμπύλη αυτή καλύπτει ένα σημαντικό εύρος πυκνοτήτων σε αφρούς.Στην κατεύθυνση των νέων μεθοδολογιών ανίχνευσης βλάβης προτείνεται μια μεθοδολογία που βασίζεται στη διαφοροποίηση του αναπτυσσόμενου ηλεκτρικού πεδίου παρουσία βλάβης και αξιοποιώντας ηλεκτρικές μεθόδους 1-Διάστασης (ERCM) προτείνεται μία μεθοδολογία με εφαρμογή στις 2-Διαστάσεις για την αξιολόγηση βλάβης σε σύνθετα υλικά. Η μέθοδος ERCM έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε μια σειρά από μελέτες μικρής κλίμακας, αλλά οι πραγματικές εφαρμογές της απαιτούν εργαλεία απεικόνισης σε 2-Διαστάσεις και 3-Διαστάσεις για το Μη Καταστροφικό Έλεγχο (ΜΚΕ) των κατασκευών. Το πρόβλημα που τοποθετείτε και επιλύεται είναι αυτό της ανίχνευσης και του εντοπισμού βλάβης σε σύνθετα υλικά με συνεχείς ίνες άνθρακα με χρήση κατανεμημένων μετρήσεων του ηλεκτρικού πεδίου και μεθοδολογιών αντίστροφων προβλημάτων. Περιγράφεται η ιδέα της ηλεκτρικής τομογραφίας με την περιγραφή του ευθέως και του αντιστρόφου προβλήματος. Παρουσιάζεται το σύστημα που αναπτύχθηκε για τους σκοπούς της παρούσας εργασίας και εκτελείται τόσο θεωρητική όσο και πειραματική μελέτη του προβλήματος. Διατυπώνεται η μεθοδολογία επίλυσης του αντίστροφου προβλήματος ηλεκτρικής τομογραφίας και εφαρμόζεται η προκειμένου να υπολογιστούν 2-Δ χάρτες ελέγχου των σύνθετων τμημάτων ως εργαλεία για το ΜΚΕ τους. Η τεχνική αποδεικνύεται ευαίσθητη σε πολύ μικρές βλάβες (<0.1% της παρακολουθούμενης επιφάνειας) και ικανοποιητικά ακριβής στον εντοπισμό της βλάβης καθώς οι εκτιμήσεις της μεθοδολογίας επεξεργασίας αποκλίνουν περίπου 10% από την πραγματική θέση. Η περιοχή ενδιαφέροντος που προσδιορίζεται συμπιέζει έως και 90% την περιοχή ελέγχου.Έχοντας αναδείξει την ευαισθησία και την αποτελεσματικότητα της μεθόδου της Ηλεκτρικής Τομογραφίας στη συνέχεια μελετάται η δυνατότητα συγχώνευσης των δύο προτεινόμενων κατευθύνσεων δηλαδή της χρήση φάσης στη νανο-κλίμακα και ηλεκτρικών τεχνικών παρακολούθηση βλάβης. Διερευνώνται έτσι συνδυαστικές προσεγγίσεις που επιτρέπουν την ανάπτυξη δομικών συστημάτων με ικανότητα ανίχνευσης βλάβης αξιοποιώντας το 3-διάστατο ανεπτυγμένο δίκτυο ΝΣΑ εντός των ΣΥ μέσω ηλεκτρικής τομογραφίας. Η μεθοδολογία επεξεργασίας και διασποράς ΝΣΑ που αναπτύχθηκε προηγούμενα χρησιμοποιείται για την κατασκευή αγώγιμων δομικών πλακών με ίνες γυαλιού. Ηλεκτρική τομογραφία για την ανίχνευση και τον εντοπισμό βλάβης εφαρμόζεται και αξιολογείται η αποτελεσματικότητα της προσέγγισης για ΜΚΕ. Τα αποτελέσματα είναι εξίσου ενθαρρυντικά και επιτυχή αναδεικνύοντας την πρακτικότητα του συστήματος που προτάθηκε.Κατανοώντας την ανάγκη για εφαρμογή της προτεινόμενης τεχνικής ΜΚΕ σε κατασκευές από σύνθετα υλικά μεγαλύτερης κλίμακας και διαφορετικής γεωμετρίας, στη συνέχεια γίνεται μελέτη προς την κατεύθυνση της ωρίμανσης της μεθοδολογίας της Ηλεκτρικής Τομογραφίας. Η μεθοδολογία αναπτύσσεται και εφαρμόζεται σε πειραματικό επίπεδο σε κυλινδρικές δομές. Τα βήματα για τη μετάβαση αυτή από επίπεδες δομές ΣΥ προσδιορίζονται και περιγράφονται ως παράμετροι σχεδιασμού για το σύστημα Ηλεκτρικής Τομογραφίας. Παρουσιάζονται επίσης περιπτώσεις μελέτης μέσω προσομοίωσης καθώς και πειραματικά αποτελέσματα από την εφαρμογή της μεθοδολογίας σε κυλινδρικές δομές από ΣΥ.Μια εναλλακτική προσέγγιση επεξεργασίας των δεδομένων ηλεκτρικής τομογραφίας για τον υπολογισμό σημειακών εκτιμήσεων της θέσης βλάβης προτείνεται και αξιολογείται ακολούθως. Η προτεινόμενη μεθοδολογία βασίζεται στην τεχνική του Ηλεκτρικού Δίπολου και εφαρμόζεται για την ανίχνευση βλάβης στις περιπτώσεις που αναπτύχθηκαν και διερευνήθηκαν προηγούμενα. Γίνεται αναλυτική σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με τα υπάρχοντα δεδομένα και αποτιμάται η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου και τα όρια της.Τέλος, η εμπειρία που αποκτήθηκε, τα εργαλεία που αναπτύχτηκαν και η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε εφαρμόζεται σε μια πραγματική περίπτωση αεροπορικής δομής. Η περίπτωση που μελετάται είναι αυτή της δομικής ακεραιότητας επιθεμάτων από σύνθετα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την επισκευή βλάβης σε μεταλλικές κατασκευές από Αλουμίνιο, με χρήση της μεθόδου της ηλεκτρικής τομογραφίας. Η τεχνική που προτείνεται και αξιολογείται χρησιμοποιεί κατανεμημένες ηλεκτρικές μετρήσεις αντίστασης και υπολογίζει έναν διδιάστατο χάρτη του επιθέματος που αποτυπώνει τη χωρική κατανομή της πιθανότητα ύπαρξης βλάβης. Η τεχνική εφαρμόζεται πειραματικά στο κατακόρυφο ουραίο τμήμα ενός ελικοπτέρου και τα αποτελέσματα αξιολογούνται σε σύγκριση με συμβατικές μεθόδους ΜΚΕ.

Electrical Failure and Damage Analysis of Multi-Layer Metal Films on Flexible Substrate during Cyclic Bending Deformation

2011 ◽  
Author(s):  
Byoung-Joon Kim ◽  
Hae-A-Seul Shin ◽  
In-Suk Choi ◽  
Young-Chang Joo
Keyword(s):  
Fatigue Resistance ◽  
Electrical Resistance ◽  
Metal Film ◽  
Flexible Substrate ◽  
Resistance Change ◽  
Cyclic Bending ◽  
Capping Layer ◽  
Bending Strain ◽  
Cu Film ◽  
Electrical Resistance Change

Abstract The electrical resistance Cu film on flexible substrate was investigated in cyclic bending deformation. The electrical resistance of 1 µm thick Cu film on flexible substrate increased up to 120 % after 500,000 cycles in 1.1 % tensile bending strain. Crack and extrusion were observed due to the fatigue damage of metal film. Low bending strain did not cause any damage on metal film but higher bending strain resulted in severe electrical and mechanical damage. Thinner film showed higher fatigue resistance because of the better mechanical property of thin film. Cu film with NiCr under-layer showed poorer fatigue resistance in tensile bending mode. Ni capping layer did not improve the fatigue resistance of Cu film, but Al capping layer suppressed crack formation and lowered electrical resistance change. The NiCr under layer, Ni capping layer, and Al capping layer effect on electrical resistance change of Cu film was compared with Cu only sample.

Stress analysis of vascularized glass fiber composites exposed to bending loading

2021 ◽  
pp. 1-13
Author(s):  
Hamed Tanabi ◽  
A. Gencer Atasoy ◽  
Murat Demiral ◽  
Baris Sabuncuoglu
Keyword(s):  
Glass Fiber ◽  
Stress Analysis ◽  
Fiber Composites ◽  
Glass Fiber Composites ◽  
Bending Loading

A highly-deformable piezoresistive film composed of a network of carbon blacks and highly oriented lamellae of high-density polyethylene

RSC Advances ◽  
2015 ◽  
Vol 5 (39) ◽  
pp. 31074-31080 ◽  
Author(s):  
Shaodi Zheng ◽  
Jie Deng ◽  
Luqiong Yang ◽  
Danqi Ren ◽  
Wei Yang ◽  
...  
Keyword(s):  
Electrical Resistance ◽  
High Density Polyethylene ◽  
High Density ◽  
Resistance Change ◽  
Carbon Blacks ◽  
Electrical Resistance Change

The electrical resistance change of highly extensible films consisting of a network of carbon blacks in high-density polyethylene, with different regularity of stacked lamellae, is investigated.

scholarly journals Fatigue damage analysis of aluminized glass fiber composites

2005 ◽  
Vol 407 (1-2) ◽  
pp. 1-6 ◽  
Author(s):  
J.M. Ferreira ◽  
J.T.B. Pires ◽  
J.D. Costa ◽  
Z.Y. Zhang ◽  
O.A. Errajhi ◽  
...  
Keyword(s):  
Glass Fiber ◽  
Fatigue Damage ◽  
Fiber Composites ◽  
Damage Analysis ◽  
Glass Fiber Composites ◽  
Fatigue Damage Analysis
Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document