埋入式光纖疲勞行為實驗研究.pdf

1、光纖傳感器具有尺寸小、便于成網(wǎng)、靈敏度高、抗電磁干擾能力強、易布設且能夠適應高溫等惡劣服役環(huán)境等優(yōu)點，廣泛應用于各類結(jié)構(gòu)的在線實時監(jiān)測中。近年來，隨著光線傳感技術(shù)的發(fā)展和航空安全的需要，由光線傳感器和高性能復合材料共同構(gòu)成的新型智能復合材料結(jié)構(gòu)日益受到重視。在智能復合材料結(jié)構(gòu)中，可以利用光纖傳感器對飛行器結(jié)構(gòu)的溫度、變形等物理量進行實時監(jiān)測，從而起到實時評估結(jié)構(gòu)安全性的作用。
　　光纖作為傳感元件廣泛地應用于智能復合材料中。光纖自

2、身的力學行為以及光纖作為埋入式傳感材料與基體材料形成界面對智能復合材料結(jié)構(gòu)的力學行為成為了一個重要的力學問題。
　　在智能復合材料結(jié)構(gòu)中，光纖將面臨著復雜的服役環(huán)境，其自身的力學行為（變形、斷裂等）和光纖與基體材料之間界面的損傷和破壞一方面將影響光纖的傳感性能，同時也可能影響到整體結(jié)構(gòu)的安全性。基于此，本文以埋入式光纖為研究對象，采用實驗研究方法，對不同載荷條件下裸光纖自身的力學行為和光纖埋入基體材料后界面的失效行為進行系統(tǒng)的研究

3、，以期為光纖傳感技術(shù)在航空復合材料與結(jié)構(gòu)中的應用奠定基礎。
　　本文主要研究工作和成果包括：
　?。?）裸光纖的拉伸力學性能和壽命。對裸光纖的拉伸性能進行了實驗研究，分析了率效應對裸光纖力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)應變率越低裸光纖的強度也越低；通過裸光纖循環(huán)疲勞壽命和靜疲勞壽命的實驗研究，獲得了裸光纖的S-N和S-T曲線。
　?。?）通過對實驗結(jié)果的分析，獲得了裸光纖在靜疲勞、動疲勞和循環(huán)疲勞三種不同荷載作用下的應力疲勞指數(shù)，

4、上述三種不同載荷作用下，裸光纖的應力疲勞指數(shù)分別為17.86、11.83、5.88。根據(jù)靜疲勞實驗結(jié)果進行了Weibull模數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)隨著加載應力的減小，Weibull模數(shù)β也不斷減小，并且通過擬得出了裸光纖的靜疲勞解析式。
　　(3)從細觀角度出發(fā)，設計了實驗方案，研究了在不同加載條件下光纖埋入基體材料后的界面結(jié)合強度。實驗研究結(jié)果表明：光纖埋入樹脂基體材料后，最薄弱的界面是光纖自身涂覆層與包層之間形成的界面，其界面結(jié)合強度也

5、受到率效應的影響，當拔出速率大于10-1.5時，界面結(jié)合強度隨拔出速率的減小而減小，當拔出速率小于10-1.5時，界面結(jié)合強度隨拔出速率的減小而提高。通過拔出循環(huán)疲勞和靜疲勞進行了實驗研究，獲得了界面疲勞壽命的S-N和S-T曲線。
　?。?）根據(jù)光纖界面性能實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析和討論了界面在不同加載機制下的破壞機理，采用了二參數(shù)Weibull模數(shù)分析方法對界面拔出的循環(huán)疲勞壽命以及靜疲勞壽命進行了分析和研究，結(jié)果表明隨著加載應力的減小