基于光纖Bragg光柵傳感器的碳纖維復合材料內部熱應變場監(jiān)測.pdf

1、碳纖維增強復合材料具有比強度高、比剛度大、抗疲勞性能好和耐久性強等優(yōu)點，已廣泛用于汽車、輪船、航空航天等領域。然而，由于長時間受外部環(huán)境影響，復合材料結構難免會出現損傷或裂紋。高效無損檢測技術對復合材料結構損傷進行長時間連續(xù)實時監(jiān)測意義重大。光纖傳感技術具有尺寸小、質量輕、靈敏度高等優(yōu)點，是未來復合材料監(jiān)測的熱門方法。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、的特點外，還具有很強的抗電磁干擾能力，并且抗光強波動，不受光波偏振態(tài)變化、光纖連接及耦合損耗的影響。將FBG傳感器預埋于復合材料結構中，可以實現復合材料的在線實時健康監(jiān)測。
　　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)氧樹脂平紋機織層壓復合材料中，同時以一根自由態(tài)FBG傳感器作為參考，進行溫度補償，采用SM125型光纖光柵解調儀測試四種材料在20~100℃溫度范圍內部熱應變，分析四種

3、材料在僅受溫度載荷作用下內部熱應變變化特征。研究方法和結果如下：
　　(1) FBG傳感器溫度標定：光纖Bragg光柵中心波長與溫度呈良好的線性關系，且重復性較好。
　　(2)采用DMA對環(huán)氧樹脂基體進行動態(tài)熱力學測試。結果表明，高溫對環(huán)氧樹脂的力學性能影響顯著，尤其在高于玻璃化轉變溫度Tg時，剛度急劇下降，粘性增加明顯；此外，短時間內的加熱不會影響復合材料的測試結果。
　　(3)對埋有FBG傳感器的環(huán)氧樹脂澆注體進行

4、性能測試。結果表明，埋入其中的FBG傳感器不僅可以感知外界溫度變化對環(huán)氧樹脂澆注體內部熱力學性能的影響，而且可以準確感知環(huán)氧樹脂澆注體內部產生的熱應力變化量。
　　(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)氧樹脂平紋機織層壓復合材料四種材料內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，且擬合程度均較好，符合預期估計。
　　(5)四種材料內