利用光纤光栅测量加速度的方法研究

提出了一种基于长周期光纤光栅(LPFG)弯曲特性的加速度传感方法.传感系统采用悬臂梁结构,LPFG粘贴于悬臂梁的上表面,将悬臂梁的自由端受力产生的梁体弯曲转变成长周期曲率的变化,来监测光栅谐振谱的幅值和波长变化.并在系统中加入布拉格光栅(FBG),利用其反射特性记录固定波长处长周期光栅谐振谱的变化,然后将其转化为加速度...     

基于双模LPFG折射率不敏感双参量传感器

环境折射率和环境温度变化是影响光纤应变测量误差的主要因素.本文利用双模光纤纤芯双模式(LP01和LP11)支持特性设计了一款环境折射率不敏感的双模光纤(DMF)长周期光纤光栅LPFG)应变传感器.设计了传感器模型结构,制作了最优化参数的传感器样品.实验测试了DMF-LPFG传感结构对外部环境中应变、温度和折射率的响应....     

FBG智能传感器及其在土木工程中的应用研究

光纤光栅传感器已经越来越得到土木工程界的认可,并应用到了实际工程.针对大型土木工程结构长期健康监测的变形监测需要,在光纤光栅传输理论的基础上,分析了光纤光栅应变与温度传感特性以及光纤光栅应变传感的温度补偿原理和方法;研制开发出满足工程应用的光纤光栅封装传感器、FRP-OFBG复合智能筋、光纤光栅智能拉索;此外,考虑传感器开发和工程应用的需要,研究了光纤光栅应变传感的界面传递机理和误差修正.最后,建立了光纤光栅智能监测系统,并成功地将光纤光栅传感器应用到实际桥梁结构的施工与运营监测.     

混凝土结构的光纤光栅智能监测技术

根据混凝土结构的内部应变监测需要，提出了光纤光栅管式封装应变传感器，并对其传感特性进行了研究；探讨了光纤布拉格光栅传感元件在混凝土结构中的布设工艺，并用光纤光栅监测了水泥净浆的固化过程；用管式封装光纤光栅与裸光栅对钢筋温凝土梁进行了应变监测；最后将光纤光栅传感器成功地应用于黑大公路大桥。     

光纤光栅传感技术在桥梁试桩中的应用

基于对光纤布拉格光栅(FBG)传感特性的理论分析,研制了可用于桥梁试桩应变监测的光纤光栅钢筋应变计,并进行了标定试验;研究了光纤光栅传感器的布设工艺,在某特大跨海大桥试桩项目中的钻孔灌注桩里成功地埋入了52支光纤光栅钢筋应变计,进行了荷载试验.研究结果表明,在桥梁试桩项目中利用光纤光栅传感技术可以方便有效地对试桩的应变进行多点实时监测,为桥梁桩基础的优化设计提供了可靠的依据.     

基于LPFG微弯特性的高精度位移检测系统

在研究长周期光纤光栅(LPFG)温度及微弯特性的基础上,通过引入聚合物温度增敏封装后的光纤布拉格光栅(FBG)作为解调滤波器,搭建了温度自补偿微位移检测系统.将LPFG粘贴于试件上进行微弯测试,在固定波长处.其插入损耗的变化与弯曲度变化呈线性关系.为解决LPFG带宽宽、谐振波长难以精确测量的问题,选择特定波长的FBG作为滤波器,实现了位移检测系统的功率化解调.同时,对FBG利用聚合物进行了温度增敏封装,使其温度灵敏度与LPFG尽量相同,消除了温度对系统的影响.试验结果表明,传感系统输出的光功率与微位移呈良好的线性关系,位移灵敏度为2μW/mm,分辨力为0.5×10-2 mm.所设计的系统结构简单、灵敏度高、线性度好,不受外界温度干扰.     

金属涂层SPR的单端面LPFG折射率传感器(英文)

提出了一种新型的单端面反射的镀有金属膜的长周期光纤光栅传感器.这种基于表面等离子体谐振的具有三层结构的传感器分为两个部分,光栅部分用连续CO2激光脉冲制作,金属膜是由真空镀膜制成.在光栅上镀上各种不同厚度的薄金属膜来激发表面等离子体波,用这种光纤光栅传感器来测量液体的折射率,并研究它的反射谐振谱的特性.在标准气压下,镀有80 nm银膜的光栅从水(ns=1.33)到酒精(ns=1.36)中光栅谐振波长改变了1.14nm,其敏感度达到折射率变化～5×10-4谐振波长改变20 pm.研究发现不同厚度的不同金属膜显示了不同的敏感度.通过比较光栅在空气,水,酒精,甘油,以及在它们的混合物溶液中的谐振波长,得到这种反射式的长周期光纤光栅传感器的敏感特性.为制作一种高性能的用来测量折射率的光纤光栅传感器提供了一个有益的参考.     

单根光纤光栅监测复合材料固化工艺过程多目标参量技术的研究

采用单根布拉格光纤光栅传感器实现了对复合材料工艺过程不同阶段、不同目标的监测。在成型阶段监测树脂的温度(粘度)发展历程；在施加成型压力时监测树脂内部压力的变化；在固化与降温阶段监测复合材料层板内部的应力变化。试验结果表明，利用-根布拉格光纤光栅传感器同时实现对复合材料固化工艺全过程的主要控制参量的监测是完全可行的。     

长周期光纤光栅对掺葵花籽油的橄榄油纯度测定研究

针对当前橄榄油掺假问题,提出一种测定橄榄油纯度的新方法.将纯橄榄油和纯葵花籽油按不同比例配置得到不同纯度的待测橄榄油,用阿贝折射计测出各样品的折射率,得到样品纯度与折射率之间的线性关系.利用长周期光纤光栅传感器对外界折射率的敏感性特性,将不同纯度的待测橄榄油分别滴加到长周期光纤光栅表面;宽带光源发出的光经过其表面进入光谱仪后得到不同纯度样品的透射谱.实验测得不同纯度的橄榄油样品与衰减峰的强度变化存在线性关系,灵敏度为0.007 04dB/%,线性度较好,决定系数R2约为0.96.根据光谱仪的强度分辨率可以计算得到橄榄油纯度的探测极限为1.42%.研究结果表明,利用该长周期光纤光栅传感器可以简单、快捷、准确地测定橄榄油的纯度,具有一定的应用价值和前景.     

光纤布拉格光栅传感器监测环氧树脂固化收缩研究

采用光纤布拉格光栅传感器对处于自由状态的热固性树脂在固化工艺过程中的温度和应变进行了实时在线监测,并且利用传感器的测量数据得到了固化后树脂在冷却阶段的热膨胀系数。结果表明:应用光纤布拉格光栅传感器能够实现从树脂凝胶点开始对固化过程中由于体积变化导致的树脂内部应变变化实时在线监测;传感器测得的固化后树脂在冷却阶段的热膨胀系数结果与热膨胀仪的测量结果相当;利用光纤布拉格光栅传感器测量热固性树脂的固化收缩具有较高的灵敏度和可靠性。     

Long-period Gratings in-situ Sensing for Flow Monitoring in Liquid Composite Molding

Liquid composite moulding (LCM) processes are used to manufacture high quality and complex-shaped composite parts in the automotive, marine, aerospace and civil industries. On-line sensing plays an important role in controlling the quality of the final product in the LCM manufacturing environment. The long-period fiber grating (LPG) technology, a new real-time fiber optic sensor system, was developed to monitor the flow front progression. The sensor operation and characterization under various process conditions were discussed in detail. The experimental results showed that LPG sensors were robust and reliable to detect the arrival of resin at pre-selected locations in structures with low-medium fiber volume fraction; however were limited at different depths in structures with high fiber volume fraction.     

Surface quality and shrinkage of the composite bus housing panel manufactured by RTM

Resin transfer molding (RTM) process has been widely used in automobile industries, because products with large area can be manufactured easily with lower manufacturing cost than that of compression molding or hand lay up method. Although composite structures manufactured by RTM have light weight, good dynamic and impact characteristics, the low surface quality of composite structures made by RTM often hinders the adoption of composite automotive panels because parts made of glass fiber mat and unsaturated polyester often have shrinkage and warpage problems. To investigate the relationship between the shrinkage and the surface quality of composite part, in this work, the formation of surface contour line and the surface quality were measured experimentally with respect to stacking sequence and fiber volume fraction of glass fiber. Based on the results obtained, a real size composite bus housing panel was successfully manufactured.     

软模辅助RTM成型舱段构件及其性能研究

某些复合材料结构件尺寸较大且内部结构复杂,难以通过传统RTM工艺一次整体成型,并且因其成型压力低而致纤维含量不高,成型构件力学性能不佳.本研究用硅橡胶来浇铸成型特定形状的软模,采用软模辅助RTM来制备舱段构件这一典型航天结构件.由于硅橡胶软模在复合材料固化成型过程中发挥了设计中的膨胀挤胶作用,复合材料的纤维体积含量和力学性能得到了显著提高,舱段整体力学性能满足了航天主承力结构件的使用要求,因此软模辅助RTM在制备具有内部复杂结构的装备结构件上具有广阔的发展前途.     

真空辅助树脂灌注工艺成型泡沫夹芯结构工艺设计与控制

采用无屈曲织物(NCF)、 CYCOM^® 890 RTM树脂体系和聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫以及真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)成型泡沫夹芯复合材料平板, 结合力学性能测试和微观结构分析等手段研究了成型过程中抽胶对夹芯板界面质量以及纤维体积分数的影响, 分析产生的缺陷类型及原因, 优化了工艺参数。结果表明: 抽胶有利于提高泡沫夹芯板的纤维体积分数和力学性能, 在100～120 ℃温度范围内进行30 min的抽胶, 工艺稳定, 层间剪切强度和弯曲强度显著提高。     

RTM多孔注射工艺树脂流动过程数值模拟

介绍了RTM工艺过程及特点,给出了树脂渗流控制方程。阐述了RTM工艺应用于大尺寸,高纤维含量构件时存在的主要问题。采用贴体坐标/有限差分法模拟了双孔注射情形下树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线,计算网格及终止时刻压力场分布,确定了排气孔位置,计算结果与其它研究结果吻合良好。     

三维编织超高分子量聚乙烯纤维-碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料摩擦磨损性能

以超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)-碳纤维(CF)三维混杂编织体为增强体,环氧树脂(ER)为基体,通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备了三维编织混杂复合材料,研究了其摩擦磨损性能了,并采用混合正压力模型对摩擦系数进行了预测。结果表明,在纤维总体积含量一定的情况下,随着CF体积含量的增加,复合材料的摩擦系数增大,而其比磨损率降低。UH_3D/ER复合材料的磨损机制以粘着磨损为主,CF_3D/ER复合材料则以磨粒磨损为主,混杂复合材料的磨损机制主要取决于CF与UHMWPE纤维的相对含量 ,通过调节UHMWPE纤维和CF的体积比例可实现对复合材料摩擦磨损性能的有效调控。采用的计算模型可较好地预测UH_3D/ER的摩擦系数。     

硅橡胶气囊辅助RTM工艺成型复合材料裙段研究

VARTM工艺成型的固体火箭发动机壳体复合材料连接裙段构件纤维体积含量较低,复合材料力学性能不佳.本文分别采用VARTM和硅橡胶气囊辅助RTM工艺来成型此裙段构件,进行了玻璃钢件的制备与考核.研究结果表明,硅橡胶气囊辅助RTM工艺成型的裙段性能较VARTM工艺成型的裙段有明显的提高,复合材料纤维体积含量达到了61%,拉伸强度和和弯曲强度分别比VARTM工艺制备的同种复合材料提高了29%和27%,成型裙段构件的整体轴压承载性能也相应地提高了30%以上.     

碳纤维复合材料超声振动辅助RTM工艺的浸润特性

研究了织物类型、纤维体积分数和超声振动对树脂在碳纤维织物中流动特性的影响规律,设计了超声振动辅助RTM工艺过程中单向渗透率测量装置,开展了16组渗透率测试实验,并结合COMSOL软件仿真分析了织物中的树脂流动特性。研究表明,在相同纤维体积分数水平下,斜纹编织物的纤维束间隙通道比平纹织物的更宽,2/2斜纹编织织物渗透率比平纹织物提高了约21.5%。纤维体积分数与织物渗透率呈负相关,其函数关系与半经验公式Kozeny-Carman(KC)方程吻合较好。树脂流动过程中加入超声振动,其超声空化效应、加速度效应和微射流效应作用于纤维丝束表面,提高了织物渗透率约58.2%。有限元仿真模拟了椭圆形和近矩形纤维束截面设计的织物模型的流动过程,结果发现近矩形纤维束截面高流速区域范围更广,流体向纤维布夹层浸渍的速度分量更大。超声作用于织物纤维可能带动纤维丝束蠕动,使纤维束截面趋于近矩形状,从而提高了树脂对纤维织物的浸润性。上述研究结果对优化碳纤维复合材料成型工艺和成型性能具有一定的指导意义。      

Optimum tooling design for resin transfer molding with virtual manufacturing and artificial intelligence

Resin transfer molding (RTM) is a promising fabrication method for low to medium volume, high-performance polymer composite structures. Yet there exist several technical issues which impede a wide application base. One of these issues is tooling design. In the RTM process, the arrangement of injection gates and vents of the mold has a significant impact on product quality and process efficiency. In this paper, a systematic approach for optimum design of RTM tooling is introduced. This approach is built upon an RTM virtual manufacturing (simulation) model coupled with a neural network–genetic algorithm optimization procedure. The simulation model is employed to predict resin flow patterns (i.e. potential quality problems) and processing efficiency (mold filling time). With the simulation results, a neural network is trained to create a rapid RTM process model. Genetic algorithms are applied to this rapid RTM process model to search for the optimum solution to RTM process design. This tooling design scheme enables the engineer to determine the optimum locations of injection gates and vents for the best processing performance, i.e. short filling time and high quality level (minimum defects). The approach is illustrated with an example.     

天然细菌纤维素增强不饱和聚酯树脂复合材料的制备及性能

将天然纤维-细菌纤维素（BC）作为增强材料加入不饱和聚酯树脂（UPR）基体中,采用RTM工艺制备BC/UPR复合材料,并对其力学性能、吸湿性能进行了研究。通过紫外辐照方法探讨了BC/UPR复合材料的降解性能。研究结果表明:通过对细菌纤维素的表面改性,在亲水性的天然纤维和疏水性的高聚物基体之间形成了化学键结合,提高了BC/UPR复合材料的力学性能;BC纤维体积分数的增加也有助于提高力学性能, 当纤维体积分数为20%时,该复合材料拉伸强度最高可达152.9MPa; BC/UPR复合材料的吸湿过程符合Fick定律,吸湿可导致力学性能下降; BC/UPR复合材料吸收光能后,表面含氧官能团数量增加,发生一定程度的光降解。