基于FBG的碳纖維復(fù)合材料成型及低能量沖擊性能研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料(CFRP)以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、易于成型、具備高可設(shè)計(jì)性和低維護(hù)成本等一系列優(yōu)點(diǎn)在航空航天、交通運(yùn)輸、建筑、體育用品等方面得到了廣泛應(yīng)用。然而由于復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)薄弱的層間性能，以及顯著的各向異性，致使其在遭受外界低能量沖擊時(shí)，內(nèi)部極易發(fā)生分層損傷，由此造成材料性能下降并帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。而這類(lèi)損傷無(wú)法從外部觀測(cè)到，并很難對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)。針對(duì)此問(wèn)題，有效的監(jiān)測(cè)手段就尤為重要。
　　光纖Bragg光柵傳感器(FBG)是近

2、年來(lái)發(fā)展迅速的一種高效監(jiān)測(cè)儀器。其具有體積小、對(duì)應(yīng)力、溫度敏感性強(qiáng)、精確度高、抗電磁干擾、電波干擾能力強(qiáng)等優(yōu)良性能。因此適于對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行實(shí)時(shí)無(wú)損監(jiān)測(cè)。
　　本文首先從光纖FBG傳感器特性出發(fā)，探究了FBG的傳感機(jī)理，并驗(yàn)證其溫度、應(yīng)變敏感性。采用真空輔助樹(shù)脂注塑工藝(VARI)制備預(yù)埋FBG的碳纖維復(fù)合材料層合板。試驗(yàn)表明，光纖FBG與層合板有較好的相容性，并且預(yù)埋在層合板內(nèi)部的光纖具有良好的探測(cè)敏感性。
　　固化監(jiān)

3、測(cè)研究了FBG傳感器反映固化過(guò)程中的應(yīng)力、溫度變化趨勢(shì)，并能準(zhǔn)確捕捉到凝膠時(shí)間，以波長(zhǎng)漂移的形式表征固化后殘余應(yīng)力。為實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)整工藝提供了可行性。
　　本文還分析了復(fù)合材料層合板的破壞機(jī)理，以沖擊能量、沖擊次數(shù)、埋設(shè)距離、埋設(shè)方位等參數(shù)為變量，對(duì)預(yù)埋FBG的層合板進(jìn)行了一系列沖擊實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明FBG傳感器所監(jiān)測(cè)到破壞情況與沖擊理論及其他監(jiān)測(cè)手段所反映的結(jié)果相符合，并且該監(jiān)測(cè)手段在不對(duì)材料造成破壞的基礎(chǔ)上更具敏銳性和準(zhǔn)確性。