基于FBG傳感器對(duì)CFRP層合板低速?zèng)_擊規(guī)律的研究.pdf

1、在飛機(jī)運(yùn)行過程中，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）飛機(jī)結(jié)構(gòu)不可避免會(huì)受到低速?zèng)_擊而產(chǎn)生損傷，這些損傷大多出現(xiàn)在復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中而不易被肉眼察覺，但大幅度降低了構(gòu)件的剛度與強(qiáng)度。本文主要采用光纖布拉格光柵（FBG）傳感器對(duì)CFRP層合板的低速?zèng)_擊信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)及分析，得到其低速?zèng)_擊規(guī)律。
　　本課題采用熱壓罐成型工藝制備內(nèi)置FBG傳感器的CFRP層合板，開展低速?zèng)_擊層合板實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)并分析沖擊信號(hào)。通過改變沖擊能量、沖擊次數(shù)、FBG傳

2、感器埋置方式及層合板鋪層方式等因素，進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
　　1、沖擊能量從2J-10J的增大過程中波長(zhǎng)漂移值增加近8倍；光柵波長(zhǎng)變化值隨沖擊次數(shù)的增多逐漸變大，層合板沖擊背部損傷也逐漸明顯。
　　2、FBG傳感器埋置于距離沖擊點(diǎn)不同位置（1＃、2＃、3＃）以及層合板的不同層數(shù)（4＃、5＃、6＃）能體現(xiàn)沖擊波長(zhǎng)信號(hào)的差異，越靠近沖擊點(diǎn)位置，波長(zhǎng)變化越明顯，累積10次沖擊后，1＃光柵的波長(zhǎng)變化值為89.11pm，是2＃

3、光柵波長(zhǎng)變化值的4倍，是3＃光柵波長(zhǎng)變化值的7倍；4＃光柵波長(zhǎng)變化值為270.95pm，6＃光柵波長(zhǎng)變化值為475.13pm，分別為5＃光柵波長(zhǎng)變化值的10倍和17倍。在沖擊過程中，埋置于距沖擊點(diǎn)越近的光柵越能反映出層合板內(nèi)部的損傷，層合板中下層的光柵波長(zhǎng)變化大于上層光柵的波長(zhǎng)變化值，沖擊背面所受的拉伸應(yīng)力大于沖擊表面的壓縮應(yīng)力。
　　3、通過研究層合板不同的鋪層方式對(duì)沖擊波長(zhǎng)信號(hào)的影響，得知在整個(gè)沖擊實(shí)驗(yàn)中層合板采用[45/0/

4、-45/90]2s鋪層方式可較好的對(duì)層合板沖擊損傷進(jìn)行判斷及評(píng)估。
　　研究鋪層為[45/0/-45/90]2s的層合板沖擊后的凹坑深度值與沖擊能量的關(guān)系，結(jié)果與FBG傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)的響應(yīng)趨勢(shì)一致；分析鋪層為[45/0/-45/90]4s的層合板的沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI），結(jié)果表明：隨沖擊能量的增大，材料的CAI值降低了55％。內(nèi)置FBG傳感器的12層0°單向板拉-拉疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明， FBG傳感器的信號(hào)能更快地實(shí)時(shí)響應(yīng)疲勞過程中