具有集成式故障检测和健康监测的碳纤维复合板制造技术

本发明专利技术涉及具有集成式故障检测和健康监测的碳纤维复合板。一种复合板包括第一碳纤维层和第一玻璃纤维层。第一碳纤维传感器包括第一多条碳纤维束。该复合板包括第二玻璃纤维层和第二碳纤维层。第一碳纤维传感器布置在第一玻璃纤维层与第二玻璃纤维层之间。第一碳纤维层和第二碳纤维层分别与第一玻璃纤维层和第二玻璃纤维层相邻布置。二玻璃纤维层相邻布置。二玻璃纤维层相邻布置。

【技术实现步骤摘要】
具有集成式故障检测和健康监测的碳纤维复合板
[0001]政府许可使用权本专利技术是在由美国能源部授予的DE
‑
EE0009204下在政府支持下做出的。美国政府在本专利技术中具有一定的权利。


[0002]引言本节中提供的信息是为了总体上呈现本公开的上下文的目的。当前署名的专利技术人的著作，就其在本节中所描述的程度而言，以及在提交时可不被另视为现有技术的该描述的各方面，既不明确地也不隐含地被认作针对本公开的现有技术。
[0003]本公开涉及碳纤维复合材料，且更特别地涉及用于监测碳纤维复合结构的故障和健康的系统和方法。碳纤维复合材料是指包含碳纤维的任何纤维增强型聚合物复合材料。

技术介绍

[0004]碳纤维复合材料越来越多地被用作车辆、飞机和其他应用中的结构性部件。一些复合板布置于在操作期间遭受损伤的位置中。例如，可使用碳纤维复合板制成围封电动车辆的电池的电池壳体。在一些应用中，电池壳体的底表面可能暴露在电动车辆下面，并且可能受到道路碎片的损伤。在一些情况下，可能出现重大的结构性损伤而没有显著的可见损伤，和/或可能出现可见损伤而没有重大的结构性损伤。评估对碳纤维复合板的损伤以诊断是否需要进行维修或替换是困难的、耗时的和昂贵的。

技术实现思路

[0005]一种复合板包括第一碳纤维层和第一玻璃纤维层。第一碳纤维传感器包括第一多条碳纤维束。该复合板包括第二玻璃纤维层和第二碳纤维层。第一碳纤维传感器布置在第一玻璃纤维层与第二玻璃纤维层之间。第一碳纤维层和第二碳纤维层分别与第一玻璃纤维层和第二玻璃纤维层相邻布置。
[0006]在其他特征中，所述第一多条碳纤维束并联连接到从复合板延伸的第一节点和第二节点。第一碳纤维传感器的所述第一多条碳纤维束中的每一条具有特有（unique）的电阻。
[0007]在其他特征中，第二碳纤维传感器包括第二多条碳纤维束，所述第二多条碳纤维束并联连接到从复合板延伸的第三节点和第四节点。该复合板包括第三玻璃纤维层。第二碳纤维层布置在第二玻璃纤维层与第三玻璃纤维层之间。第二碳纤维传感器的所述第二多条碳纤维束中的每一条具有特有的电阻。
[0008]在其他特征中，第一碳纤维传感器布置成相对于第二碳纤维传感器旋转。一个或多个分立电阻器连接到所述第一多条碳纤维束中的一条或多条，以改变所述第一多条碳纤维束中的所述一条或多条的电阻。
[0009]一种损伤监测系统包括复合板。控制器被构造成：测量第一碳纤维传感器的等效
电阻；以及基于该等效电阻来识别所述第一多条碳纤维束中已断裂的一条或多条。
[0010]在其他特征中，控制器被构造成识别在复合板中的碳纤维束中已断裂的一条的位置。控制器确定第一碳纤维传感器的等效电阻相对于预定电阻的变化，并且响应于等效电阻的变化而选择性地识别所述第一多条碳纤维束中已断裂的一条或多条。
[0011]一种复合板包括：第一碳纤维层；第一碳纤维传感器，其包括N条混合束，这些混合束包括被多条玻璃纤维长丝包围的多条碳纤维长丝，其中N是大于或等于1的整数；以及第二碳纤维层。第一碳纤维传感器布置在第一碳纤维层与第二碳纤维层之间。
[0012]在其他特征中，N大于1，并且N条混合束并联连接到第一节点和第二节点。第一碳纤维传感器的N条混合束中的每一条具有特有的电阻。
[0013]在其他特征中，第二碳纤维传感器包括并联连接到第三节点和第四节点的M条混合束，其中M是大于1的整数。第二碳纤维传感器布置在第一碳纤维层与第二碳纤维层之间。第一碳纤维传感器相对于第二碳纤维传感器旋转。
[0014]一种损伤监测系统包括复合板。控制器被构造成：测量第一碳纤维传感器的等效电阻；以及基于该等效电阻来识别N条混合束中已断裂的一条或多条。控制器被构造成识别在复合板中的N条混合束中已断裂的若干条的位置。控制器被构造成：确定第一碳纤维传感器的等效电阻相对于预定电阻的变化；以及响应于等效电阻的变化而选择性地识别N条混合束中已断裂的一条或多条。
[0015]一种健康监测系统包括：复合板；以及控制器，其被构造成：测量N条混合束的等效电阻，其中N等于1；确定N条混合束中的所述至少一条的等效电阻相对于预定电阻的变化；以及响应于等效电阻的变化而计算复合板的健康状况。
[0016]一种健康监测系统包括混合复合板，该混合复合板包括多条碳纤维束和多条玻璃纤维束。控制器被构造成：测量碳纤维束中的至少一条的等效电阻；确定碳纤维束中的所述至少一条的等效电阻相对于预定电阻的变化；以及响应于等效电阻的变化而计算混合复合板的健康状况。
[0017]在其他特征中，碳纤维束中的所述至少一条与所述多条玻璃纤维束绝缘。控制器进一步被构造成基于等效电阻来识别碳纤维束中的所述至少一条何时断裂。
[0018]本专利技术还公开了以下技术方案：1. 一种复合板，其包括：第一碳纤维层；第一玻璃纤维层；第一碳纤维传感器，其包括第一多条碳纤维束；第二玻璃纤维层；以及第二碳纤维层，其中，所述第一碳纤维传感器布置在所述第一玻璃纤维层与所述第二玻璃纤维层之间，并且所述第一碳纤维层和所述第二碳纤维层分别与所述第一玻璃纤维层和所述第二玻璃纤维层相邻布置。
[0019]2. 根据技术方案1所述的复合板，其中：所述第一多条碳纤维束并联连接到从所述复合板延伸的第一节点和第二节点；并且
所述第一碳纤维传感器的所述第一多条碳纤维束中的每一条具有特有的电阻。
[0020]3. 根据技术方案2所述的复合板，其进一步包括：第二碳纤维传感器，其包括第二多条碳纤维束，所述第二多条碳纤维束并联连接到从所述复合板延伸的第三节点和第四节点；以及第三玻璃纤维层，其中，所述第二碳纤维层布置在所述第二玻璃纤维层与所述第三玻璃纤维层之间。
[0021]4. 根据技术方案3所述的复合板，其中，所述第二碳纤维传感器的所述第二多条碳纤维束中的每一条具有特有的电阻。
[0022]5. 根据技术方案3所述的复合板，其中，所述第一碳纤维传感器布置成相对于所述第二碳纤维传感器旋转。
[0023]6. 根据技术方案1所述的复合板，其进一步包括一个或多个分立电阻器，所述一个或多个分立电阻器连接到所述第一多条碳纤维束中的一条或多条，以改变所述第一多条碳纤维束中的所述一条或多条的电阻。
[0024]7. 一种损伤监测系统，其包括：根据技术方案1所述的复合板；以及控制器，其被构造成：测量所述第一碳纤维传感器的等效电阻；以及基于所述等效电阻来识别所述第一多条碳纤维束中已断裂的一条或多条。
[0025]8. 根据技术方案7所述的损伤监测系统，其中，所述控制器被构造成识别在所述复合板中的所述碳纤维束中已断裂的一条的位置。
[0026]9. 根据技术方案7所述的损伤监测系统，其中，所述控制器被构造成：确定所述第一碳纤维传感器的所述等效电阻相对于预定电阻的变化；以及响应于所述等效电阻的所述变化而选择性地识别所述第一多条碳纤维束中已断裂的一条或多条。
[0027]10. 一种复合板，其包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合板，其包括：第一碳纤维层；第一玻璃纤维层；第一碳纤维传感器，其包括第一多条碳纤维束；第二玻璃纤维层；以及第二碳纤维层，其中，所述第一碳纤维传感器布置在所述第一玻璃纤维层与所述第二玻璃纤维层之间，并且所述第一碳纤维层和所述第二碳纤维层分别与所述第一玻璃纤维层和所述第二玻璃纤维层相邻布置。2.根据权利要求1所述的复合板，其中：所述第一多条碳纤维束并联连接到从所述复合板延伸的第一节点和第二节点；并且所述第一碳纤维传感器的所述第一多条碳纤维束中的每一条具有特有的电阻。3.根据权利要求2所述的复合板，其进一步包括：第二碳纤维传感器，其包括第二多条碳纤维束，所述第二多条碳纤维束并联连接到从所述复合板延伸的第三节点和第四节点；以及第三玻璃纤维层，其中，所述第二碳纤维层布置在所述第二玻璃纤维层与所述第三玻璃纤维层之间。4.根据权利要求3所述的复合板，其中，所述第二碳纤维传感器的所述第二多条碳纤维束中的每一条具有特有的电阻。5.根据权利要求3所述的复合板，其中，所述第一碳纤维传感器布置成相对于所述第二碳纤维传感器旋转。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：哥伦比亚大学，
类型：发明
国别省市：