基于FBG的碳纖維復合材料成型及低能量沖擊性能研究.pdf

1、碳纖維復合材料(CFRP)以其輕質(zhì)、高強、易于成型、具備高可設計性和低維護成本等一系列優(yōu)點在航空航天、交通運輸、建筑、體育用品等方面得到了廣泛應用。然而由于復合材料層合板結(jié)構(gòu)薄弱的層間性能，以及顯著的各向異性，致使其在遭受外界低能量沖擊時，內(nèi)部極易發(fā)生分層損傷，由此造成材料性能下降并帶來嚴重的安全隱患。而這類損傷無法從外部觀測到，并很難對其進行預測。針對此問題，有效的監(jiān)測手段就尤為重要。
　　光纖Bragg光柵傳感器(FBG)是近

2、年來發(fā)展迅速的一種高效監(jiān)測儀器。其具有體積小、對應力、溫度敏感性強、精確度高、抗電磁干擾、電波干擾能力強等優(yōu)良性能。因此適于對碳纖維復合材料進行實時無損監(jiān)測。
　　本文首先從光纖FBG傳感器特性出發(fā)，探究了FBG的傳感機理，并驗證其溫度、應變敏感性。采用真空輔助樹脂注塑工藝(VARI)制備預埋FBG的碳纖維復合材料層合板。試驗表明，光纖FBG與層合板有較好的相容性，并且預埋在層合板內(nèi)部的光纖具有良好的探測敏感性。
　　固化監(jiān)

3、測研究了FBG傳感器反映固化過程中的應力、溫度變化趨勢，并能準確捕捉到凝膠時間，以波長漂移的形式表征固化后殘余應力。為實時監(jiān)控、調(diào)整工藝提供了可行性。
　　本文還分析了復合材料層合板的破壞機理，以沖擊能量、沖擊次數(shù)、埋設距離、埋設方位等參數(shù)為變量，對預埋FBG的層合板進行了一系列沖擊實驗。實驗結(jié)果表明FBG傳感器所監(jiān)測到破壞情況與沖擊理論及其他監(jiān)測手段所反映的結(jié)果相符合，并且該監(jiān)測手段在不對材料造成破壞的基礎上更具敏銳性和準確性。