基于布拉格汽油機傳感的復合材料固化及沖擊操作監(jiān)測研究.pdf

1、復合材料具有優(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構中。然而，由于厚度方向沒有增強體，復合材料對損傷非常敏感。高效的無損檢測技術對于復合材料結構損傷檢查和持續(xù)監(jiān)測有著重要意義。將光纖光柵傳感器(FBG：Fiber Bragg Grating)內置于復合材料結構中，可以實現復合材料結構的實時健康監(jiān)測，同時具有成本低、不受電磁干擾、能監(jiān)測結構內部變化等特點，是復合材料結構無損檢測技術的重要發(fā)展趨勢。研究FBG傳感器

2、埋入復合材料結構中，對于大飛機的結構健康監(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/乙烯基酯樹脂復合材料、碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料靜態(tài)力學性能進行了測試。發(fā)現埋入光纖對復合材料拉伸、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)氧樹脂兩種復合材料中。
　　 對埋入FBG傳

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

5、測復合材料VIMP成型時FBG波長及光強的變化，確定了玻璃纖維/乙烯基酯樹脂復合材料的凝膠點，并排除溫度的影響，得出復合材料固化過程中內部的應變變化歷程。將FBG埋入碳纖維/環(huán)氧樹脂復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，結果顯示存活的FBG可以靈敏的反映復合材料的應力變化。將FBG傳感器和熱電偶埋入碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料，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合材料內部應變的變化歷程。
　　 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)測復合材料沖擊信號的FBG傳感器網絡布置方法。根據監(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。
　　 分別將FBG傳感器埋入到玻璃纖維和碳纖維復合材料中，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儀對信號進行了監(jiān)測，結果顯示高頻光纖光柵解調儀可以有效的監(jiān)測到沖擊信號，低頻光纖光柵解調儀監(jiān)測數據偶然性過大，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、累計沖擊時埋入復合材料內的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