基于界面分析的光纖智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能研究.pdf

1、由于具有抗電磁干擾、靈敏度高、便于成網(wǎng)、尺寸小、易于埋放以及能夠在高溫等惡劣環(huán)境下工作等特點(diǎn)，光纖傳感系統(tǒng)可以埋放于復(fù)合材料中構(gòu)成智能結(jié)構(gòu)。光纖智能結(jié)構(gòu)可以實(shí)時(shí)探測結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷情況，從而能夠?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測和壽命預(yù)測。然而埋入的光纖不僅起感知內(nèi)外部環(huán)境變化的作用，同時(shí)還要受載荷作用，此外，光纖的埋入會(huì)在一定程度上損壞基體結(jié)構(gòu)材料的完整性和連續(xù)性，因此很有必要將光纖當(dāng)作內(nèi)置材料，研究光纖與基體材料之間力學(xué)性能的相互影響問題。
　　

2、 論文研究光纖與纖維增強(qiáng)材料及基體之間形成的界面，研究了界面對光纖智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。提出了提高界面強(qiáng)度和改善界面結(jié)構(gòu)的方法，其中措施之一就是采用小直徑光纖構(gòu)建智能結(jié)構(gòu)，因此論文還研究了小直徑光纖的制作和其傳感性能，并將其應(yīng)用到復(fù)合材料監(jiān)測中。
　　 文中主要研究工作有以下幾個(gè)方面：
　　 (1)研究了光纖智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)研究了光纖智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的拉伸性能和彎曲性能，分析光纖對材料力學(xué)性

3、能產(chǎn)生影響的因素，提出光纖埋入時(shí)，應(yīng)盡可能避免光纖方向和增強(qiáng)纖維鋪設(shè)方向正交，以達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)提高性能的目的，為光纖智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制作提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考。
　　 (2)從細(xì)觀角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案，研究了光纖和基體材料間界面剪切強(qiáng)度，并從界面處理角度，提出采用偶聯(lián)處理方法來提高光纖智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的方法。界面實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，無機(jī)材料光纖和聚合物材料間界面剪切強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)承載時(shí)易發(fā)生界面破壞，從而降低整體力學(xué)性能。壓縮

4、性能實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果表明，通過偶聯(lián)劑的媒介作用，使光纖和有機(jī)材料(即光纖涂覆層和樹脂材料)間的界面形成化學(xué)鍵，可以大大提高黏結(jié)強(qiáng)度，從而有效提高光纖智能復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　 (3)研究了光纖與復(fù)合材料之間界面結(jié)構(gòu)，分析了界面結(jié)構(gòu)尺寸與智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)性能之間的關(guān)系。提出可通過減小埋入光纖尺寸，從而減小其和基體間界面尺寸，降低界面尖端應(yīng)力奇異值，達(dá)到提高整體性能的目的。
　　 (4)研制了小直徑光纖Bragg光柵，并

5、對其應(yīng)變傳感和溫度特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)耦合模理論，對光纖Bragg光柵的光譜進(jìn)行了仿真。研究了光柵長度與折射率調(diào)制周期改變情況下，F(xiàn)BG的反射、透射光譜，為光柵傳感特性的研究提供了理論基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)了小直徑單模光纖加工布拉格光柵的技術(shù)參數(shù)以及小直徑光纖光柵和設(shè)備間連接方式。由于光纖Bragg光柵中心波長的變化量與應(yīng)變變化或溫度變化成線性關(guān)系，所以可以通過監(jiān)測光纖Bragg光柵中心波長的變化來監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度。為了克服溫度和應(yīng)變對光纖