FBG監(jiān)測復(fù)合材料層合板固化工藝及低速沖擊損傷研究.pdf

1、復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能在航空航天、海軍艦艇、民用基礎(chǔ)設(shè)施制造上得到了廣泛的應(yīng)用。為了保證使用安全，需要對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行長期的在線監(jiān)測，分析結(jié)構(gòu)在外界載荷和損傷，特別是沖擊損傷情況下的即時應(yīng)變響應(yīng)。光柵傳感器以其優(yōu)良的應(yīng)變和溫度傳感性能被大量應(yīng)用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)監(jiān)測中。
　　布拉格光纖光柵傳感器（FBG）結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)輕、徑細(xì)、高靈敏度、不產(chǎn)生磁場干擾，正逐漸成為材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)監(jiān)測的主要手段。將布拉格光纖光柵集成在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)

2、件中，對結(jié)構(gòu)的損傷、疲勞、沖擊等情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的損傷，維修或替換損壞結(jié)構(gòu)件,對保證結(jié)構(gòu)安全具有十分重要的意義。
　　本文首先探討了光柵傳感器的溫度和應(yīng)變傳感機(jī)理，測定了光柵的溫度和應(yīng)變靈敏系數(shù)。采用真空輔助成型工藝（VARI）制作了玻璃纖維增強(qiáng)層合板，測定結(jié)果表明光柵對于溫度和應(yīng)變有準(zhǔn)確的傳感性，光柵波長信號在高溫時也有很好的穩(wěn)定性。
　　其次，利用光柵對層合板的固化過程進(jìn)行了監(jiān)測，并分析了不同鋪層順序?qū)?/p>

3、合板殘余應(yīng)力的影響。監(jiān)測結(jié)果表明，光柵可以準(zhǔn)確監(jiān)測到層合板固化的四個階段，從波長變化曲線可以得到凝膠時間，波長差值反應(yīng)固化前后的殘余應(yīng)力，0°鋪層多的層合板殘余應(yīng)力偏小，為改善固化工藝提供參考。
　　為了使用FBG研究層合板在低速沖擊作用下的破壞情況，文中分析了層合板在沖擊作用下的破壞機(jī)理。通過對層合板進(jìn)行2J能量的反復(fù)沖擊及5J,10J,15J和20J的單次沖擊監(jiān)測，分析了光柵在層合板厚度方向不同位置的應(yīng)變響應(yīng)情況及波長偏移量與

4、沖擊能量之間的關(guān)系，結(jié)合目視檢測和超聲C掃檢測結(jié)果表明，光柵可以有效監(jiān)測到低速沖擊下層合板內(nèi)部的應(yīng)變響應(yīng)，波長差值可以反映層合板內(nèi)部損傷的大小。
　　最后，本文通過準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)測定了光柵在靜態(tài)壓縮下的波長響應(yīng)，結(jié)果表明層合板在準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下的波長變化趨勢與沖擊變化趨勢相似。
　　本論文利用光柵對復(fù)合材料的成型過程及低速沖擊損傷機(jī)理進(jìn)行了研究和分析，為改善復(fù)合材料成型工藝提高復(fù)合材料性能提供了依據(jù)，也為利用光柵監(jiān)測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)