Electrical Resistance Measurement for Structural Health Monitoring of Composite Materials

Abstract

The dissertation deals with the topic of monitoring of long-fiber composite material structures using the method of measuring changes in electrical resistance. It deals with two approaches. The first approach is based on measuring of the electrical resistance change directly on long-fiber carbon composites. These measurements allow the detection of deformation and damage within the material. The second approach employs the use of sensors made of carbon fiber tows that exhibit piezoresistive behavior. Novel findings on the use of carbon fiber sensors for detecting barely visible impact damage (BVID) are presented. Additionally, thermography has been validated for visualizing sensor damage and localization of damage along the sensor length. This work includes a comparative analysis of existing methods for determining the electrical resistivity of composites. It also assesses the impact of these methods on predicting delamination size through finite element (FE) simulations. The influence of temperature and the positioning of electrical contacts on delamination detection are quantified using FE simulations. Finally, the dissertation introduces a new technique for fabricating electrical contacts on the inner surface of composite profiles and the results of damage detection of both approaches on components fabricated by the winding technology are also presented.

Disertační práce Monitorování a lokalizace poškození kompozitních materiálů pomocí měření změny elektrického odporu se zabývá tématem monitorování konstrukcí z dlouhovláknových kompozitních materiálů pomocí metody měření změny elektrického odporu. Konktrétně se zabývá dvěma přístupy. První přístup spočívá v měřením změny elektrického odporu přímo na dlouhovláknových uhlíkových kompozitech. Z naměřených hodnot elektrického odporu lze detekovat deformaci I poškození materiálu. Druhá metoda spočívá v použití senzorů vyrobených ze svazků uhlíkových vláken, které vykazují piezorezistivní chování. V práci jsou prezentovány nové výsledky ohledně možnosti využití senzorů z uhlíkových vláken pro detekci BVID impaktu. Byla take validována termografická metoda pro vizualizaci poškození senzoru a lokalizaci poškození po délce senzoru.