FBG監(jiān)測復合材料層合板固化工藝及低速沖擊損傷研究.pdf

1、復合材料因其優(yōu)異的性能在航空航天、海軍艦艇、民用基礎(chǔ)設(shè)施制造上得到了廣泛的應用。為了保證使用安全，需要對這些結(jié)構(gòu)進行長期的在線監(jiān)測，分析結(jié)構(gòu)在外界載荷和損傷，特別是沖擊損傷情況下的即時應變響應。光柵傳感器以其優(yōu)良的應變和溫度傳感性能被大量應用于纖維增強復合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)監(jiān)測中。
　　布拉格光纖光柵傳感器（FBG）結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)輕、徑細、高靈敏度、不產(chǎn)生磁場干擾，正逐漸成為材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)監(jiān)測的主要手段。將布拉格光纖光柵集成在復合材料結(jié)構(gòu)

2、件中，對結(jié)構(gòu)的損傷、疲勞、沖擊等情況進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的損傷，維修或替換損壞結(jié)構(gòu)件,對保證結(jié)構(gòu)安全具有十分重要的意義。
　　本文首先探討了光柵傳感器的溫度和應變傳感機理，測定了光柵的溫度和應變靈敏系數(shù)。采用真空輔助成型工藝（VARI）制作了玻璃纖維增強層合板，測定結(jié)果表明光柵對于溫度和應變有準確的傳感性，光柵波長信號在高溫時也有很好的穩(wěn)定性。
　　其次，利用光柵對層合板的固化過程進行了監(jiān)測，并分析了不同鋪層順序?qū)?/p>

3、合板殘余應力的影響。監(jiān)測結(jié)果表明，光柵可以準確監(jiān)測到層合板固化的四個階段，從波長變化曲線可以得到凝膠時間，波長差值反應固化前后的殘余應力，0°鋪層多的層合板殘余應力偏小，為改善固化工藝提供參考。
　　為了使用FBG研究層合板在低速沖擊作用下的破壞情況，文中分析了層合板在沖擊作用下的破壞機理。通過對層合板進行2J能量的反復沖擊及5J,10J,15J和20J的單次沖擊監(jiān)測，分析了光柵在層合板厚度方向不同位置的應變響應情況及波長偏移量與

4、沖擊能量之間的關(guān)系，結(jié)合目視檢測和超聲C掃檢測結(jié)果表明，光柵可以有效監(jiān)測到低速沖擊下層合板內(nèi)部的應變響應，波長差值可以反映層合板內(nèi)部損傷的大小。
　　最后，本文通過準靜態(tài)壓縮實驗測定了光柵在靜態(tài)壓縮下的波長響應，結(jié)果表明層合板在準靜態(tài)壓縮下的波長變化趨勢與沖擊變化趨勢相似。
　　本論文利用光柵對復合材料的成型過程及低速沖擊損傷機理進行了研究和分析，為改善復合材料成型工藝提高復合材料性能提供了依據(jù)，也為利用光柵監(jiān)測復合材料結(jié)構(gòu)