基于FBG传感技术的复合材料T型加筋板低速冲击在线监测研究

将布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称"FBG")埋植在复合材料加筋板结构三角填充区,在线监测复合材料加筋板冲击过程及压缩过程的应变信号。研究了冲击点位置、冲击能量对FBG传感器应变监测性能的影响,分析了FBG传感器对复合材料T型加筋板冲击及压缩过程监测的精确性。结果表明:在相同冲击能量条件下,随着冲击点位置与FBG传感器距离的增加,FBG传感器测得的复合材料T型加筋板应变值呈下降趋势;当复合材料T型加筋板出现较为明显的损伤时,FBG传感器未发生断裂失效。将FBG传感器埋植于加筋板的三角填充区内,在压缩过程中,FBG传感器反射波谱保持单个波峰且形状未发生变化,初步实现了对复合材料T型加筋板冲击及冲击后压缩过程应变信号的在线监测。     

光纤光栅在先进复合材料固化成型研究中的应用

先进树脂基复合材料被广泛应用于航空航天领域。热压罐成型工艺是复合材料结构件首选成型工艺之一,但存在效率低、成本高等问题,并且在成型过程中产生的固化应变会影响制件成型质量,通过光纤光栅传感器在线监测应变/应力参数对于制定合理工艺规程、提高制件品质具有重要作用。本文详细介绍了热压罐成型中光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感解决方案,综述了近年来基于光纤光栅传感器在线监测的复合材料固化成型研究进展。并结合国内外研究现状,对光纤光栅在线监测的应用前景及亟待解决的问题提出了几点思考。     

基于FBG的复合材料成型与冲击监测研究

碳纤维复合材料(CFRP)作为一种先进复合材料得到了广泛应用,但由于层合板结构薄弱的层间性能,致使其在受到外界冲击时,内部极易发生分层损伤,造成力学性能的下降并带来安全隐患。本文考虑将光纤Bragg光栅传感器(FBG)埋入碳纤维复合材料层合板中,对复合材料的真空辅助成型工艺及单次冲击进行了监测研究。实验结果表明,FBG可以有效监测复合材料成型过程中的温度、应变变化,并反映其存在的残余应变;在低能量冲击条件下,可以监测到复合材料内部应变变化及内部损伤情况,为FBG监测CFRP层合板的低速冲击损伤提供了依据。     

用Bragg光栅监测树脂流动及复合材料拉伸性能

对Bragg光栅在VARTM成型工艺中树脂流动过程及复合材料拉伸性能测试进行了研究.实验结果表明,在树脂流动过程中,通过波长随时间的变化可确定树脂流动前沿位置.当光纤的埋入方向平行于树脂流动方向时,光纤与复合材料的相容性较好.在拉伸过程中,光栅波长的变化与外加载荷呈良好的线性关系.因此,通过光栅波长的变化可进行树脂流动过程以及复合材料承受栽荷的监测.     

一种基于内置FBG的复合材料模具型面应力-应变监测模块设计方法及性能分析

介绍了一种自主开发的复合材料模具的内置光纤光栅传感器(FBG)模块,首先在垂直集中静压力作用下标定传感器模块的线性应变敏感度,通过分析该传感器模块的模态屈曲,判定其在内置条件下的使用稳定性。之后将模块应用至大型风电叶片模具型面监测过程,在调节模具型面的过程中通过对照激光跟踪仪收集到的挠度位移矢量与传感器模块得到垂直分量应变,最后验证该模块性能满足实际应用可行性。     

模具构件相互作用对复合材料固化应变的影响分析

复合材料热压罐固化工艺中,构件的脱模变形是影响成型质量的重要原因。通过热电偶和光纤光栅传感器相结合的方法对复合材料构件在热压罐成型工艺过程中的温度和应变进行了在线监测,研究了模具构件的相互作用导致的应变发展,并分析了树脂固化对模具构件相互作用的影响。结果表明:固化过程初期,应变主要来自构件压实和树脂的流动、凝胶,而后模具构件的相互作用会随树脂固化度的增大而增大,模具与构件之间转变为粘接状态,降温时模具构件的相互作用会使二者发生分离导致构件发生应力释放,并且应力释放会使模具构件的相互作用减弱。     

基于FBG传感器的碳纤维复合材料内部热应变监测

将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,简称"FBG")传感器分别埋入单向板和平纹机织层压复合材料中,采用Sm125型光纤光栅解调仪测试两种复合材料在20~100℃温度范围内的内部热应变,分析单向板和平纹机织层压复合材料在仅受温度作用下内部热应变变化特征。结果表明,FBG传感器可以准确测量复合材料内部热应变变化;单向板和平纹机织层压复合材料的内部热应变均随温度升高而增大;织物结构影响复合材料内部热应变,且同一温度点,平纹机织层压复合材料内部热应变较单向板大。     

Bragg光栅传感器在复合材料加工与检测中的应用

本文介绍了Bragg光栅传感器的结构和工作原理。将Bragg光栅传感器埋入增强体内,通过VARTM成型制作了复合材料。利用SM130光纤光栅解调器,通过收集光的波长的变化来对复合材料的加工工艺进行了在线监测;对埋入光纤光栅传感器的复合材料进行了拉伸试验,通过波长的变化来计算材料在拉伸过程中的受力变化,并与常规的拉伸试验进行了对比,两者所测得的力是基本一样的,所以证明了通过光纤光栅传感器可以进行复合材料的健康监测,并且可疑对大型复合材料的加工、使用实施在线监控。     

LCM工艺实时监测的研究

本文开发以交流电源供电的两平行碳纤维导线构成的直线型传感器.使用该传感器对树脂流动前锋沿着传感器方向的变化作连续监测,充模过程结束后继续监测固化过程.实验研究不同的树脂种类、不同的温度、不同的促进剂固化剂比例、不同的电极间距对监测效果的影响.     

基于FBG传感器的CF/GF混杂复合材料界面变形研究

利用FBG传感器对采用真空导入模塑工艺制作的CF/GF(Carbon Fiber/Glass Fiber)混杂复合材料在固化成型过程中以及成型后的界面性能进行了检测,此外,为了对比研究混杂复合材料的性能,还检测了CF/CF层和GF/GF层在成型和成型后的应变变化。结果显示:GF/GF、GF/CF和CF/CF复合材料的应变与温度之间存在良好的线性关系,且热膨胀系数的大小顺序为GF/GF层GF/CF层CF/CF层;FBG传感器监测CF/GF混杂复合材料热膨胀系数的转折温度与基体树脂的T_g值(79.09℃)相吻合;CF/GF混杂复合材料在20~120℃范围内升温、降温过程中未发生界面破坏。