基于布拉格汽油機傳感的復(fù)合材料固化及沖擊操作監(jiān)測研究.pdf

1、復(fù)合材料具有優(yōu)異的比強度、比剛度、抗疲勞性能和耐久性，已廣泛用于飛機的承力結(jié)構(gòu)中。然而，由于厚度方向沒有增強體，復(fù)合材料對損傷非常敏感。高效的無損檢測技術(shù)對于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷檢查和持續(xù)監(jiān)測有著重要意義。將光纖光柵傳感器(FBG：Fiber Bragg Grating)內(nèi)置于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，可以實現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的實時健康監(jiān)測，同時具有成本低、不受電磁干擾、能監(jiān)測結(jié)構(gòu)內(nèi)部變化等特點，是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。研究FBG傳感器

2、埋入復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，對于大飛機的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測具有非常重要的意義。
　　 本文分別對采用手糊成型、真空灌注成型(VIMP：Vaccum infusion moldingprocess)、RTM(Resin transfer molding)成型、熱壓罐成型等幾種不同的復(fù)合材料成型工藝時的光纖引出及保護方式進行了研究。利用自制光纖定位裝置及模具活塊解決了RTM成型工藝非分型面光纖引出問題，研究了系統(tǒng)正壓和負壓光纖引出時的模具密封問題

3、。針對熱壓罐成型工藝研究了端面引出和表面引出兩種引出方式，解決了光纖引出保護問題。采用光學顯微鏡及掃描電鏡對埋入光纖后的復(fù)合材料截面進行觀察，分別對埋入光纖后的玻璃纖維/乙烯基酯樹脂復(fù)合材料、碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料靜態(tài)力學性能進行了測試。發(fā)現(xiàn)埋入光纖對復(fù)合材料拉伸、彎曲性能影響不大，對壓縮性能有一定影響。成功地將FBG傳感器埋入通過不同成型方式成型的玻璃纖維/乙烯基酯樹脂和碳纖維/環(huán)氧樹脂兩種復(fù)合材料中。
　　 對埋入FBG傳

4、感器后的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料進行拉伸性能和彎曲性能測試，結(jié)果顯示FBG傳感器可以準確反映材料內(nèi)部應(yīng)變的變化趨勢。
　　 利用埋入FBG傳感器對乙烯基酯樹脂澆注成型、復(fù)合材料VIMP成型、熱壓罐成型等成型工藝進行了監(jiān)測。根據(jù)乙烯基酯樹脂的固化監(jiān)測結(jié)果，確定了乙烯基酯樹脂固化時凝膠點及放熱峰出現(xiàn)的時間，與拉絲法測定的凝膠時間基本一致。對埋入玻璃纖維/乙烯基酯樹脂復(fù)合材料的FBG傳感器進行了溫度靈敏系數(shù)和應(yīng)變靈敏系數(shù)的標定，通過監(jiān)

5、測復(fù)合材料VIMP成型時FBG波長及光強的變化，確定了玻璃纖維/乙烯基酯樹脂復(fù)合材料的凝膠點，并排除溫度的影響，得出復(fù)合材料固化過程中內(nèi)部的應(yīng)變變化歷程。將FBG埋入碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料飛機擾流板縮比件，在高溫VIMP工藝下成型，得到了升溫、注膠、保溫過程中的波長漂移曲線，對成型后的部件進行加載，結(jié)果顯示存活的FBG可以靈敏的反映復(fù)合材料的應(yīng)力變化。將FBG傳感器和熱電偶埋入碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，采用熱壓罐工藝成型，得到了整個固

6、化過程的波長漂移曲線，并消除了溫度對FBG信號的影響，得到了整個固化過程中復(fù)合材料內(nèi)部應(yīng)變的變化歷程。
　　 采用準靜態(tài)壓縮的方法代替低速落錘沖擊，并使用FBG傳感器進行信號監(jiān)測，驗證了FBG傳感器鋪設(shè)角度、距離沖擊點的位置對FBG信號的影響，提出了一種埋入光纖傳感器監(jiān)測復(fù)合材料沖擊信號的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)布置方法。根據(jù)監(jiān)測信號推導出相同距離不同角度、相同角度不同距離時的波長漂移公式，并對公式進行了驗證和修改，為后續(xù)研究奠定了理論

7、基礎(chǔ)。
　　 分別將FBG傳感器埋入到玻璃纖維和碳纖維復(fù)合材料中，利用自制落錘試驗機進行了低速沖擊試驗，采用低頻和高頻光纖光柵解調(diào)儀對信號進行了監(jiān)測，結(jié)果顯示高頻光纖光柵解調(diào)儀可以有效的監(jiān)測到?jīng)_擊信號，低頻光纖光柵解調(diào)儀監(jiān)測數(shù)據(jù)偶然性過大，只能作為參考。對不同能量、相同能量不同距離、相同能量不同層間、累計沖擊時埋入復(fù)合材料內(nèi)的FBG信號進行了監(jiān)測，對沖擊發(fā)生時的波長變化、沖擊前后的波長變化、沖擊振動信號進行了研究。采用超聲c掃描