环氧树脂基复合材料由于其高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀等优点在航空航天、土木工程等领域得到了广泛应用。然而,复合材料在长期服役过程中经常遭受疲劳荷载、冲击荷载、环境侵蚀等因素的作用,极易形成不同程度的损伤。其中环氧树脂基体中微米级损伤的产生和扩展是影响复合材料可靠性的重要因素之一,在环境和荷载作用条件下,微小的损伤逐渐演化为较大的裂缝,从而影响复合材料使用安全性和使用寿命。因此,监测复合材料在服役期间的应变和损伤演化具有重要意义。目前仍缺少对微米级损伤萌生和扩展进行高效监测的方法。传统的无损检测方法不仅耗费大量时间,而且需要提前预测损伤发生的位置,因此其在复合材料健康监测中的应用收到极大限制。近年来,碳纳米纤维(CNFs)由于其优异的力学、电学等性能在树脂基复合材料结构中得到大量应用,为原位电阻测试方法提供了更广阔的的应用前景。本论文针对复合材料的健康监测问题,考察CNFs改性复合材料的电阻率与材料微结构变化之间的关系,重点研究采用基于CNFs导电网络的原位电阻法进行复合材料应变和损伤的自监测,分析了CNFs改性复合材料在拉伸荷载作用下的损伤演化过程。主要研究内容和结论如下:(1)首先,研究填充有不同含量CNFs的复合材料传感器的力学、电学和压敏特性。在此基础上,将CNFs/环氧树脂传感器埋入混凝土圆柱中以监测其在单调和循环载荷下的压缩应变,从而评估该传感器监测混凝土构件应变的实际应用效果。试验结果表明,添加CNFs可有效提高复合材料的抗压强度和弹性模量。当嵌入传感器的混凝土圆柱经受单调和循环载荷时,标定和监测曲线呈现出一致的变化趋势。这表明CNFs/环氧树脂传感器具有很大的潜力作为嵌入式应变传感器监测混凝土结构的健康状态。(2)将导电CNFs分散到环氧树脂基体中,然后注入玻璃纤维织物中以制备CNFs/玻璃纤维增强复合材料(GFRP)层合板。在单调、等幅循环和递增循环拉伸荷载作用期间同时测量CNFs/GFRP层合板的电阻和应变,以研究该层合板的原位应变和损伤监测能力。结果表明,单调拉伸载荷下电阻响应可划分为三个阶段对应于不同的损伤机理,这表明CNFs/GFRP层合板拥有良好的原位损伤监测能力。等幅循环拉伸载荷下电阻对应变的响应同步且可逆,证实了层合板的原位应变监测能力。此外,在峰值应变为1.5%的递增循环拉伸荷载作用期间,通过层合板电阻响应分析表明CNFs/GFRP层合板的原位应变和损伤监测性能是稳定且可重复的。(3)研究了拉伸载荷下作用下由CNFs/环氧树脂复合材料制成的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)层合板的的应变和损伤自感知性能。探讨了基于隧道效应和渗滤效应的导电机理以及损伤演化过程。提出了一种消除温度对复合材料感知信号影响的补偿电路。结果表明,CNFs/BFRP层合板和CNFs/环氧树脂复合材料的电阻率表现出相似的变化规律,表明CNFs/BFRP层合板的导电网络由CNFs/环氧树脂复合材料提供。随着单调拉伸载荷下应变的增加,电阻响应可分为对应于不同损伤模式的三个阶段。这证实CNFs/BFRP层合板具有出色的自感知能力,可以自监测其内部损伤。此外,在循环拉伸载荷期间CNFs/BFRP层合板的电阻与施加的应变同步变化,验证了层合板稳定和可重复的应变自监测能力(4)将1.0wt%的CNFs分散到环氧树脂基体后浸入亚麻纤维织物中以制备不同铺层的CNFs/亚麻纤维增强复合材料(FFRP)层合板。通过测量电阻的变化,研究了CNFs/FFRP层合板的应变和损伤自感知行为。同时记录声发射(AE)信号以验证原位电阻测量方法的可行性。结果表明,单调拉伸载荷下的电阻和AE信号响应皆可划分为明显的三个阶段,分别对应基体开裂、界面剥离、分层和纤维断裂等不同的损伤模式,证实了CNFs/FFRP层合板具有良好的损伤自感知能力。此外,应变和电阻表现出同步和可逆的变化趋势证明了CNFs/FFRP层合板具有稳定且可重复的应变监测能力。因此可得出结论,在非导电的FFRP复合材料中添加少量CNFs以形成导电网络是原位监测其应变和损伤发展的有效方法。