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重庆大学学报（自然科学版） 1994年第3期17卷 54-59页

作者：青家龙重庆大学工程力学系

分析了裂纹结构应力梯度的方向性特点，进行裂纹计算并与其他方法在计算量与计算精度方面进行了比较。

关键词：裂纹结构应力梯度线型单元

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二维含裂纹结构与声耦合问题研究

力学学报 2004年第1期36卷 101-105页

作者：吴国荣钟伟芳华中科技大学力学系武汉430074

应用分形有限元方法结合边界元方法研究了二维含裂纹结构和声耦合问题.采用二级分形有限元方法对含裂纹的弹性结构体进行离散处理,这样可以使得自由度数大大地减少;无限大外域声场的计算使用边界元方法,可以自动满足无穷远辐射条件.数... 详细信息

应用分形有限元方法结合边界元方法研究了二维含裂纹结构和声耦合问题.采用二级分形有限元方法对含裂纹的弹性结构体进行离散处理,这样可以使得自由度数大大地减少;无限大外域声场的计算使用边界元方法,可以自动满足无穷远辐射条件.数值仿真算例结果表明:结构声耦合系统的共振频率随着裂纹深度的增加而下降;裂纹附近的声场所受的影响较为明显.

关键词：结构声耦合系统共振频率裂纹结构有限元边界元声波辐射声波散射分形

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浅谈瓷绝缘子中微裂纹结构与晶粒尺寸的关系

矿物学报 2011年第S1期31卷 1004-1005页

作者：孟勇龚国洪伍正平尹中举谢玉敏中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵州贵阳550002 中国科学院研究生院北京100049 贵州毕节高原电瓷有限公司贵州毕节551700

瓷绝缘子是由粘土、长石、氧化铝等近二十种矿物混合,经复杂的工艺烧结而成的无机硅铝酸盐材料,具有耐高压、抗腐蚀和强度高等优点,是输变电线路上的重要元件。瓷绝缘子挂网运行之前必须严格经过国际电工委的20项性能检测如拉伸负荷试... 详细信息

瓷绝缘子是由粘土、长石、氧化铝等近二十种矿物混合,经复杂的工艺烧结而成的无机硅铝酸盐材料,具有耐高压、抗腐蚀和强度高等优点,是输变电线路上的重要元件。瓷绝缘子挂网运行之前必须严格经过国际电工委的20项性能检测如拉伸负荷试验、工频火花试验、打击负荷试验等。其中力学性能是瓷绝缘子重要的指标。

关键词：瓷绝缘子晶粒尺寸晶体颗粒负荷试验微裂纹裂纹结构力学性能颗粒尺寸输变电氧化铝

具有裂纹结构的紫外光固化型高灵敏柔性压力传感器研究

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具有裂纹结构的紫外光固化型高灵敏柔性压力传感器研究

作者：沈亮合肥工业大学

学位级别：硕士

随着人工智能的应用需求越来越高,具有柔韧、可拉伸和可穿戴等特点的柔性传感器逐渐成为研究的热点。而目前柔性传感器存在基体固化时间较长、不能在短时间内大规模制备,同时大多数柔性传感器灵敏度低较,限制了其应用范围。本文设计了... 详细信息

随着人工智能的应用需求越来越高,具有柔韧、可拉伸和可穿戴等特点的柔性传感器逐渐成为研究的热点。而目前柔性传感器存在基体固化时间较长、不能在短时间内大规模制备,同时大多数柔性传感器灵敏度低较,限制了其应用范围。本文设计了一种快速制备、高灵敏度的柔性压力传感器。以紫外光固化、稳定性强的UV胶为基体;氨基化多壁碳纳米管(amino-MWCNTs)通过酰胺化反应得到聚合物包裹的多壁碳纳米管(g-MWCNTs)作为主要的导电材料,制备出可快速固化的敏感元件(365 nm紫外光下10 min固化)。提出了具有高导电层、低导电层双层敏感元裂纹结构的柔性压力传感器(在0-10%应变范围下应变系数为3480)。借助丝网印刷工艺,以及对导电油墨粘弹性、油墨转移率和工艺参数等研究,制备出高一致性的传感单元,通过预拉伸在高导电层形成裂纹结构。结果表明,该双层结构的裂纹传感器具备快速的响应时间(～70 ms)、低检测限(～0.2%)和长期稳定性(～3000次的加/卸载循环)等特性。综上,该柔性压力传感器可与皮肤良好贴合,在脉冲监测和语音识别方面具有出色的检测性能,在人体健康监测和人机交互等领域具有潜在的应用价值。

关键词： UV胶基体裂纹结构高灵敏度健康监测人工咽喉

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含裂纹结构的断裂监测与预警

河北建筑科技学院学报 2002年第1期19卷 43-45页

作者：卢爱红徐征峰中国矿业大学理学院江苏徐州221008

通过对断裂问题一些基本理论的分析 ,提出了含裂纹结构的断裂监测与预警的方法。该方法是通过测量主应力的大小 ,并把主应力与临界应力值相比较 ,若主应力超出临界值 ,则报警器报警。这样使得结构一直处于安全状态下。

关键词：裂纹结构断裂监测结构安全主应力临界应力值

同轴湿纺炭黑-硅胶复合内涂层柔性纤维应变传感器

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传感器与微系统 2021年第4期40卷 4-7页

作者：陈娟盛斌陈上碧肖杰俣熊岩上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海市现代光学系统重点实验室上海200093

通过同轴湿纺技术制备了一种多层中空结构的柔性纤维应变传感器。外层是由硅胶(Ecoflex)材料制成的弹性基底层,内层是由炭黑/聚二甲基硅氧烷(CB/PDMS)复合材料制成的导电层。中空结构由CB/PDMS/CHCl 3混合物受热时CHCl 3挥发所致。同时... 详细信息

通过同轴湿纺技术制备了一种多层中空结构的柔性纤维应变传感器。外层是由硅胶(Ecoflex)材料制成的弹性基底层,内层是由炭黑/聚二甲基硅氧烷(CB/PDMS)复合材料制成的导电层。中空结构由CB/PDMS/CHCl 3混合物受热时CHCl 3挥发所致。同时由于CB/PDMS复合材料涂层产生了裂纹结构,增强了该中空纤维的应变灵敏度(GF),内涂层随拉伸出现了明显的断开-回复现象。实验表明:当加入的CHCl 3与PDMS体积比为3︰1时,CB-Ecoflex纤维具有最高的灵敏度,GF值为7.14,与无裂纹CB-Ecoflex纤维相比提高了约6倍。并对人体运动监测方面进行了研究,发现CB-Ecoflex纤维对人体的运动显示了良好的响应特性。此方法为可穿戴电子器件的制备提供了一种新路径。

关键词：同轴湿纺技术炭黑-硅胶(CB-Ecoflex) CHCl 3 裂纹结构柔性应变传感器

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图案化柔性应变传感器的制备及其性能研究

图案化柔性应变传感器的制备及其性能研究

作者：胡洁西安理工大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,人们对柔性可穿戴电子设备的需求越来越高。其中柔性应变传感器因在健康监测、运动检测、人工电子皮肤和智能机器人等领域的应用,从而引起研究者的广泛关注。提高其核心特性,包括柔性、灵敏度、传感范围、响应时间、稳... 详细信息

随着科技的发展,人们对柔性可穿戴电子设备的需求越来越高。其中柔性应变传感器因在健康监测、运动检测、人工电子皮肤和智能机器人等领域的应用,从而引起研究者的广泛关注。提高其核心特性,包括柔性、灵敏度、传感范围、响应时间、稳定性、耐久性等,一直是主要研究方向。然而,宽响应范围和高灵敏度始终难以兼得,很大程度限制了柔性应变传感器的发展。其次,目前已开发的柔性应变传感器,其功能不够丰富,很难实现对传感特性的调控,且其制备工艺相对复杂,成本昂贵。基于此,本研究利用丝网印刷工艺,创新性的开展针对传感功能层的结构设计,设计一系列图案化导电网络,制备出综合性能优异的柔性应变传感器。通过传感功能层多样化图案设计,实现对外部刺激的差异性响应,从而调节传感器的灵敏度及检测范围等传感性能参数。具体研究内容如下:(1)通过单通道(直线形、单蛇形)导电网络的图案化结构设计,以热塑性聚氨酯(TPU)薄膜为基体,以石墨烯纳米片(GNS)改进的商业碳油墨(C)为导电油墨,利用丝网印刷工艺制备出具有直线形以及单蛇形导电网络的TPU/C-GNS裂纹基应变传感器。比较了两种导电通路下应变传感器的灵敏度以及响应范围并探究其裂纹扩展机理。相较于直线形裂纹基应变传感,蛇形裂纹基应变传感器得益于其结构的高延展性,响应范围扩大近2倍左右,在相同应变范围内(0-20%)单蛇形裂纹基应变传感器灵敏度值为38.3,直线形裂纹基应变传感器灵敏度值能够达到54。通过改变导电网络形状,实现了传感器灵敏度以及响应范围的调控。(2)为进一步提高TPU/C-GNS应变传感器的稳定性,利用单蛇形通道错位并联形成复合蛇形导电网络,通过丝网印刷工艺制备出具有多通道导电网络的裂纹基应变传感器。新型的导电网络在拉伸过程中表现出可控的裂纹形态,这使得所制备的传感器具有出色的传感特性,包括高灵敏度(GF=2391.5)、宽检测范围(范围高达132%)、低应变检测极限、快速响应时间(约40ms)以及出色的耐久性(超过2000次拉伸/释放循环)。得益于以上优异的综合性能,传感器可以准确地检测到细微的生理信号以及大范围的肢体动作。通过模块化开发,利用无线网络技术,实现了传感信号的远距离无线传输,在远程实时运动监测以及智能移动诊断方面显示出巨大的应用潜力。本研究为制备具有优异综合性能的新型应变传感器提供了有效的策略。

关键词：应变传感器图案化导电网络裂纹结构人体运动监测无线传感可穿戴柔性电子

基于PDMS微结构调控构筑的导电高分子复合材料及其应变敏感性能研究

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基于PDMS微结构调控构筑的导电高分子复合材料及其应变敏感性能研...

作者：魏向东郑州大学

学位级别：硕士

导电高分子复合材料(CPCs)是由导电填料和高分子基体复合制备而成,其结构和功能的多样性引起研究者的高度关注。功能化导电高分子复合材料在外场刺激下,能够表现出丰富的响应行为而被广泛应用。柔性可拉伸应变传感器作为CPCs的重要方面... 详细信息

导电高分子复合材料(CPCs)是由导电填料和高分子基体复合制备而成,其结构和功能的多样性引起研究者的高度关注。功能化导电高分子复合材料在外场刺激下,能够表现出丰富的响应行为而被广泛应用。柔性可拉伸应变传感器作为CPCs的重要方面,在人体健康监测、病情诊断、柔性机器人等方面具有广泛的应用前景。本文通过对柔性CPCs表面结构的构筑和调控,制备了具有不同微观形貌的CPCs,探究了CPCs对应力外场的响应行为。具体研究内容和成果如下:1、褶皱结构碳纳米管(CNTs)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)导电复合材料和“三明治”结构PDMS/CNTs/PDMS导电复合材料的制备及性能研究。通过对制备出双层膜结构的PDMS薄膜进行拉伸和释放,制备出褶皱结构的柔性PDMS薄膜。再用喷涂法,制备出褶皱结构的CNTs/PDMS透明导电复合材料。对纯PDMS膜、酸化和喷涂CNTs的薄膜透明度进行研究,并对CNTs在褶皱表面的分布进行了分析。发现喷涂在PDMS薄膜上的CNTs分布均匀,无团聚现象且CNTs/PDMS薄膜透明度高。探究了酸化后和未处理的PDMS薄膜疏水性。酸化后的PDMS薄膜和未处理的PDMS薄膜相比断裂伸长率有一定的下降。CNTs/PDMS薄膜对应变有较高响应且循环拉伸后阻值能够回到初始值,但应变-电阻稳定性差。为提高CNTs/PDMS薄膜微结构及导电网络的稳定性,我们制备出“三明治”夹层结构的PDMS/CNTs/PDMS CPCs。探究了“三明治”结构导电薄膜喷涂次数与透明度及阻值间的关系。该导电薄膜透明度高且响应速率(265 ms)与无结构CNTs/PDMS薄膜(400ms)相比有大幅提升,与褶皱结构CNTs/PDMS薄膜(260 ms)相当。“三明治”结构导电薄膜在大应变下亦具有很好的响应,这与褶皱结构可提供拉伸空间来延缓拉伸作用对导电网络的破坏有很大关系。研究发现2000个加载-卸载循环后薄膜仍有很好的稳定性。即该结构设计显著提高了PDMS柔性应变复合材料的敏感稳定性。2、裂缝结构的导电油墨(CI)/聚二甲基硅氧烷(PDMS)导电复合材料的制备及应变敏感性研究。通过酸氧化法制备出双层膜结构PDMS薄膜,经机械拉伸、喷涂导电油墨制备出具有裂缝结构的柔性可拉伸应变传感器。对不同酸化时间形成的裂缝的形态进行了详细表征,对裂缝的宽度进行了统计。探究了在拉伸和未拉伸状态下喷涂导电油墨的分布情况,并对两种工艺制备得到的试样的拉伸响应行为进行了对比。拉伸响应研究发现该复合膜具有非常高的灵敏度,响应时间只有90ms,且其应变响应范围能够到达100%以上。材料对不同应变有显著的响应,在10000次循环拉伸后,阻值仍可回到初始值,说明其具有优异的耐久性以及稳定性。对不同弯曲方向(内弯和外弯)可表现出相反的响应行为。基于此材料组装的应变传感器可对人体运动进行在线监测,比如关节的弯曲、声音、面部表情、脉搏等。并可通过对所采集的图形(如波形和振幅)进行分析,判断人体所做运动的类型和次数。这说明该材料具有应用在人体健康监测以及智能电子设备的潜力,这种材料的结构及性能调控方法为制备柔性可穿戴应变传感器提供了新思路。

关键词：导电高分子复合材料褶皱结构裂纹结构机械性能电学性能应变敏感性能电子皮肤

基于水性聚氨酯的高拉伸电阻式柔性传感器研究

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基于水性聚氨酯的高拉伸电阻式柔性传感器研究

作者：夏攀攀合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来,作为新一代人工智能领域的关键共性技术,柔性传感器因其具有良好的柔韧性和延展性在可穿戴设备、虚拟现实、医疗器械和机器人等领域展现出广泛的应用价值。然而,具有大拉伸应变的柔性传感器应变系数较低,对于人体生理信号如呼吸... 详细信息

近年来,作为新一代人工智能领域的关键共性技术,柔性传感器因其具有良好的柔韧性和延展性在可穿戴设备、虚拟现实、医疗器械和机器人等领域展现出广泛的应用价值。然而,具有大拉伸应变的柔性传感器应变系数较低,对于人体生理信号如呼吸、脉搏等信号很难高精度检测;采用微结构的柔性传感器虽具有较高灵敏度但检测范围有限,在人体运动、数据手套和智能假肢等大应变应用中受到限制。在本项研究中,采用聚氨酯基导电复合材料并结合双层裂纹结构实现柔性传感器的宽应变检测范围和高灵敏度特性。首先选用水性聚氨酯作为基体材料、接枝修饰水性聚氨酯的改性多壁碳纳米管作为导电填料,制作一种高拉伸柔性应变敏感单元,所制作的传感器具有120%的工作应变范围。其次设计并结合一种带裂纹的双应变敏感层传感单元结构,该结构可以有效地提升传感器灵敏度,实现可高达2000的应变系数。同时,借助丝网印刷工艺制作该双层规则裂纹结构柔性传感器,分析了丝网印刷过程中网版目数、印刷压力、刮板角度和印刷次数对制作传感器的影响,使得制备的柔性传感单元具有高的一致性。此外,该柔性传感器还具有快速的响应时间(90 ms)、良好的长期稳定性(>1000次循环)和滞后特性。柔性传感器的优异特性使其应用于人体生理和运动信号检测,还成功应用于主从手控制、摩斯电码通信和预防老年人跌倒报警的人体运动姿态识别,识别率为70%以上。这些应用为医疗健康和人机交互领域提供了新的解决方案,具有重要的应用价值。

关键词：聚氨酯裂纹结构丝网印刷高拉伸运动检测

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基于CNT的高性能柔性裂纹应变传感器研究

基于CNT的高性能柔性裂纹应变传感器研究

作者：王海军江南大学

学位级别：硕士

柔性应变传感器由于具有良好柔韧性和延展性,在健康监测、运动检测、电子皮肤和人机交互等多个领域具有广阔的应用前景。随着可穿戴设备的迅速发展,具有单一高性能的柔性应变传感器早已不能满足日常生产和生活的需要,同时具备高灵敏度... 详细信息

柔性应变传感器由于具有良好柔韧性和延展性,在健康监测、运动检测、电子皮肤和人机交互等多个领域具有广阔的应用前景。随着可穿戴设备的迅速发展,具有单一高性能的柔性应变传感器早已不能满足日常生产和生活的需要,同时具备高灵敏度和宽响应范围的柔性应变传感器的制备是目前的一大挑战。针对这一挑战,本文主要进行了基于改性碳纳米管导电复合材料制备研究和柔性裂纹应变传感器制备研究。具体研究内容和成果如下:针对导电复合材料的优化:通过硅烷偶联剂对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面功能化,得到了表面接枝硅氧键的改性多壁碳纳米管(k-MWCNTs)。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体材料,碳纳米管为导电填料,制备了MWCNTs/PDMS导电复合材料(CPCs)和k-MWCNTs/PDMS导电复合材料(k CPCs)。k CPCs不仅在力学性能上比CPCs好,而且当碳纳米管质量分数为20%时,k CPCs的电阻比CPCs的电阻减小了1个数量级。在随后的传感性能测试中,k CPCs传感器在0-100%的应变下灵敏度为10.15,高于CPCs的灵敏度(4.23)两倍,在不同应变的拉伸循环测试中,与CPCs传感器展现的迟滞性相比,k CPCs传感器的响应曲线几乎没有迟滞。这充分说明碳纳米管改性后分散效果更好,与PDMS的结合也更加均匀、稳定。超高灵敏度柔性裂纹应变传感器:首先提出一种PDMS弹性层、k CPCs粘结层和脆性层结合的三层结构,脆性层材料(k CPCp)是将k-MWCNTs和PVP通过溶液共混法制备。基于该三层结构,通过丝网印刷工艺制备的柔性裂纹应变传感器,由弹性层提供可拉伸性,粘结层是传感器量程提升的关键层,同时提供粘结弹性层和脆性层的作用,脆性层形成裂纹并提供高灵敏度,然后通过调节三层结构中弹性层的力学性能、粘结层的电学性能来调节传感器的灵敏度和响应范围。当弹性层PDMS预聚体与固化剂的比例为15:1时,传感器的杨氏模量低至0.41 MPa,在200%应变下的拉伸和回复曲线几乎一样。当中间层k CPCs中碳纳米管质量分数为5%时,制备的传感器在20%的应变下ΔR/R的值为4×10,灵敏度远高于同类研究。当中间层k CPCs中碳纳米管质量分数为20%时,制备的传感器在0-100%的宽应变范围内,ΔR/R的值为9.97×10,且线性度也高达0.9895。高灵敏度和高线性度是高性能柔性应变传感器的两个关键指标。对高性能柔性裂纹应变传感器性能测试是以3/6/12/24/42 mm/min的拉伸速度在30%的应变下对其进行循环拉伸测试,传感器在五种速率下的循环均具有良好的一致性,同时传感器还具有0.01%的低极限应变检测和小于100 ms的迅速响应/恢复时间的优异特点。在0-50%的应变下,以10%的应变为阶梯进行传感器的稳定性测试,并在10%的应变下循环5000次,传感器的ΔR/R能稳定在40附近,表现出很好的稳定性和耐久性,且循环结束后电阻可以恢复到初始状态,没有迟滞。同时,该传感器能识别不同方向(内弯和外弯)的弯曲应变,并表现出相反的响应信号。针对高灵敏度/高响应度的传感特征,表征了高性能柔性裂纹应变传感器在可穿戴电子中应用的可行性。将传感器作为电子皮肤贴附于人体手指、四肢躯干、脸颊、嘴角和喉咙等部位,均可进行微小运动的特征识别及检测。在重物测试、防水和热传导等方面也表现良好。这说明该传感器能够作为可穿戴电子器件应用在人体运动检测和康复医疗领域,这种结合微纳结构及微纳材料设计的综合调控方法为制备高性能的柔性应变传感器提供了新的技术路线。

关键词：改性碳纳米管导电复合材料裂纹结构传感性能运动检测