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进入21世纪,基础设施和大型结构的损伤累积和破坏行为等问题日益突出,对重要结构的健康监测(SHM)要求也越来越严格。碳纤维复合材料(简称CFRP)具有优良承载特性和自感知特性,为实现结构实时健康监测提供基础,对碳纤维复合材料的自感知特性研究也成为了当前土木工程领域的热点。本文在国家自然科学基金项目“基于碳纤维材料的预应力混凝土结构自感知特性及其应用研究(51478209)”的资助下,主要研究了制作工艺和碳粉掺量改性树脂基体对碳纤维传感元件力阻效应的影响,并建立了电阻响应和结构应变场之间的数学物理模型,主要内容如下:1、设计了真空和刷胶两种制作工艺对碳纤维传感元件力阻效应的对比试验。两种工艺各制作试件3根,考察了工艺对碳纤维传感元件的初始电阻及伏安特性的影响;对碳纤维传感元件进行单轴拉伸试验,测定应变和试件电阻,总结分析了两种工艺制作的碳纤维传感元件电阻和电阻变化率随应变的变化规律及其机理;对比分析了两种工艺对碳纤维传感元件线性度和灵敏度等指标的影响。2、以刷胶工艺制备了5组不同碳粉掺量改性树脂基体的碳纤维传感元件,考察了碳纤维传感元件的初始电阻随碳粉掺量的变化规律;通过碳纤维传感元件单轴拉伸试验,研究了传感元件的电阻随应变的变化关系和电阻变化率随应变的变化规律;分析了碳粉掺量对碳纤维传感元件电阻变化率—应变关系的影响;进而获得了碳纤维传感元件灵敏度随碳粉掺量的变化规律,并从微观角度对变化规律的机理进行了分析。3、利用麦克斯韦方程与变分原理,从结构应变场应变能和无源二维静电场电势能角度出发,建立了电阻(电导率)响应和结构应变场之间的数学物理模型,并验证了该模型的可靠性,对树脂基碳纤维复合材料的电阻响应与结构应变之间本构关系的研究具有一定意义。