Možnosti monitorování kompozitních konstrukcí s využitím elektrické vodivosti uhlíkových vláken

Abstract

Tato práce se zaměřuje na problematiku monitorování stavu konstrukcí (Structure Health Monitoring, dále jen SHM). Zkušební vzorky jsou v této práci vyrobeny z uhlíkového kompozitu a pro SHM se využívá elektrických vlastností uhlíkových vláken tvořících matrici materiálu. Práce využívá tyto vlastnosti k vytvoření dvou typů senzorů, které jsou následně otestovány při experimentálním měření. Jedním typem senzoru je uhlíkový senzor, což je svazek vláken spojených pryskyřicí. Další senzor je celé zkušební těleso opatřené kontakty, aby vlákna v tělese vedla proud. To umožňuje měřit elektrický odpor zkušebních vzorků, který mění svou hodnotu závisle na deformaci a poškození (self sensing). Další částí práce je návrh aparatury umožňující SHM provádět bezdrátově pomocí RFID technologie. Práce se věnuje procesu návrhu a výroby takovéto aparatury a problémům, které s touto technologií mohou nastat ještě před využitím pro měření. V práci byly vyhodnoceny schopnosti obou senzorů pro měření deformace a pro měření poškození v součásti.

This thesis is aimed at SHM (Structure Health Monitoring). The monitored parts in this thesis are made of carbon fibre reinforced composites, using electrical properties of the carbon fibres forming the matrix. The thesis uses those properties to manufacture two types of sensors, which are then being tested on an experimental measurement. The first type of sensor is the carbon fibre sensor, which is a sheaf of carbon fibres bonded by resin. The next sensor is the whole test specimen provided with electric contacts for the carbon fibres inside to conduct current. This allows the measurement of electrical resistance, which changes its value depending on the deformation and damage. Next part of the thesis is a draft of a wireless method of SHM using RFID technology. The thesis covers the process of design and manufacturing of such aperture and also the problems connected to this technology that may occur even before it is used for measuring. In this thesis, there were evaluated the capabilities of both types of sensors in deformation measurements and damage measurements.