基于光纖Bragg光柵傳感器的碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部熱應(yīng)變場(chǎng)監(jiān)測(cè).pdf

1、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比剛度大、抗疲勞性能好和耐久性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于汽車、輪船、航空航天等領(lǐng)域。然而，由于長時(shí)間受外部環(huán)境影響，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)難免會(huì)出現(xiàn)損傷或裂紋。高效無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行長時(shí)間連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)意義重大。光纖傳感技術(shù)具有尺寸小、質(zhì)量輕、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，是未來復(fù)合材料監(jiān)測(cè)的熱門方法。光纖Bragg光柵(Fiber Bragg Grating， FBG)傳感器作為光纖傳感器的一種，除了具備傳統(tǒng)光纖傳感器

2、的特點(diǎn)外，還具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，并且抗光強(qiáng)波動(dòng)，不受光波偏振態(tài)變化、光纖連接及耦合損耗的影響。將FBG傳感器預(yù)埋于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的在線實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)。
　　本文將FBG傳感器分別埋入環(huán)氧樹脂澆注體、兩束碳纖維、碳纖維/環(huán)氧樹脂單向板和碳纖維/環(huán)氧樹脂平紋機(jī)織層壓復(fù)合材料中，同時(shí)以一根自由態(tài)FBG傳感器作為參考，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，采用SM125型光纖光柵解調(diào)儀測(cè)試四種材料在20~100℃溫度范圍內(nèi)部熱應(yīng)變，分析四種

3、材料在僅受溫度載荷作用下內(nèi)部熱應(yīng)變變化特征。研究方法和結(jié)果如下：
　　(1) FBG傳感器溫度標(biāo)定：光纖Bragg光柵中心波長與溫度呈良好的線性關(guān)系，且重復(fù)性較好。
　　(2)采用DMA對(duì)環(huán)氧樹脂基體進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱力學(xué)測(cè)試。結(jié)果表明，高溫對(duì)環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能影響顯著，尤其在高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg時(shí)，剛度急劇下降，粘性增加明顯；此外，短時(shí)間內(nèi)的加熱不會(huì)影響復(fù)合材料的測(cè)試結(jié)果。
　　(3)對(duì)埋有FBG傳感器的環(huán)氧樹脂澆注體進(jìn)行

4、性能測(cè)試。結(jié)果表明，埋入其中的FBG傳感器不僅可以感知外界溫度變化對(duì)環(huán)氧樹脂澆注體內(nèi)部熱力學(xué)性能的影響，而且可以準(zhǔn)確感知環(huán)氧樹脂澆注體內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力變化量。
　　(4)參考FBG傳感器以及埋入環(huán)氧樹脂澆注體、兩束碳纖維復(fù)合材料、碳纖維/環(huán)氧樹脂單向板和碳纖維/環(huán)氧樹脂平紋機(jī)織層壓復(fù)合材料四種材料內(nèi)FBG傳感器的中心波長受溫度變化影響。中心波長均隨溫度升高呈線性增加趨勢(shì)，且擬合程度均較好，符合預(yù)期估計(jì)。
　　(5)四種材料內(nèi)