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用于结构健康监测的纯MXene (Ti3C2Tx)薄膜和MXene纳米复合材料的数值和实验研究( Numerical and experimental investigations of pure MXene (Ti3C2Tx) film and MXene nanocomposites for structural health monitoring )
S Srivatsa S Kumar K Grabowski P Jain P Sen
物理参数的传感是智能结构的重要组成部分。在过去的几十年中,许多具有独特物理性质的纳米材料的发现导致了基于纳米材料的智能结构传感器和结构健康监测(SHM)的发展。在纳米材料中,MXenes(具有表面末端的碳化钛,Ti3C2Tx;Tx:-F,-OH,-O)是具有独特导电性和亲水性的二维(2D)纳米材料。这些特性有助于制备具有多功能传感行为的纯MXene薄膜和MXene纳米复合材料。以聚合物为基体,加入MXene填料,有助于控制纳米复合材料的电学和力学性能。研究这些基于纳米材料的结构的动态响应是研制传感器的必要条件。本文的重点是利用MXene纳米材料基结构受到动态力的作用,从实验和数值模型上研究它们的响应。在微尺度下采用代表体单元(RVE)的概念建立了数值模型,并用有限元法(FEM)得到了RVE中应变输入的应力结果。将作用在宏观尺度有限元模型上的外力作为应变传递到微观尺度,将RVE中的合成应力传递回宏观尺度模型,以研究其多尺度力学行为。本文报道了纯MXene薄膜的物理样品在动态作用力作用下的响应。物理样品上的动力在数值模型上复制。讨论了数值结果与实验结果的比较,以探索虚拟传感器与物理传感器开发的可能性,以供SHM应用。
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