RTM工艺成型复合材料树脂固化过程残余应变监测研究

提出了RTM工艺树脂固化过程残余应变布拉格光栅传感器检测新方法。通过光纤光栅波长偏移与温度和固化时间之间的关系测试,得到了树脂固化过程中残余应变的变化历程,成功实现了RTM工艺树脂固化过程中残余应变的在线监测。实验结果表明,在降温过程中,残余应变的变化与温度的变化呈线性关系,这为复合材料层合板的残余应力分析提供了实验依据。     

光纤布拉格光栅的应变／温度传感、封装、标定及补偿技术研究

研究了光纤布拉格光栅（FBG）的应变／温度传感特性、封装和补偿综合技术及FBG应变／温度灵敏度的标定方法及标定结果并推荐了工程实用的封装方法及相应的灵敏度系数;研究了FBG应变／温度交叉敏感分离技术及空分／波分混合复用技术并研制了适用于地面验证试验的FBG温度传感器,为大型结构应变场的实时监测提供了工程实用技术。     

小标距光纤光栅监测孔边应变场技术研究

主要研究了小标距光纤布拉格光栅（FBG）在应力集中部位的应变场监测。通过对光纤光栅反射光谱的分析来获得应力集中部位的应变值,实现了对光纤光栅粘贴区域中应力集中最严重点的应变及应力集中系数的测量,试验结果与理论结果一致性较好,为应用小标距FBG监测结构应力集中部位应变场及塑性应变奠定技术基础。     

封装材料对光纤光栅应变传感器的影响

本文设计并制作了两种分别用钛合金和柔性高分子材料封装的光纤布拉格光栅应变传感器,并利用悬臂梁校准装置对两种传感器的应变特性测试.试验结果表明,柔性高分子材料封装传感器的线性度及重复性优于钛合金封装的传感器,但其应变灵敏系数小于钛合金封装传感器的应变灵敏系数.     

外贴光栅监测带双缺口碳纤维增强复合材料拉伸损伤

布拉格光栅对沿其纵向的非均匀应变分布十分敏感,这种影响会反映在传感器位置的反射光谱光强中.本文提出了一种利用外贴光栅监测带双缺口碳纤维复合材料损伤的新技术.实验结果表明,当带双缺口碳纤维复合材料损伤产生及扩展时,光栅的反射光强在某些波长变化明显,反射光谱的突变点与复合材料静态拉伸应变—光栅中心波长曲线突变点一一对应.该方法可用于预测复合材料的损伤状态.     

光纤布拉格光栅监测碳纤维复合材料固化成型过程

碳纤维复合材料固化成型时,温度和内应力对成型质量的影响巨大.鉴于碳纤维复合材料厚度通常为几毫米,传统的热电偶和电阻应变片等温度应变传感器由于体积较大,无法实现嵌入式监测.为了获得成型过程中材料内部实时的温度和应变,采用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器进行监测.试验中使用两个FBG传感器,一个作为温度传感器,另一个作为应变传感器,内嵌于碳纤维预浸料铺层之中,分别用于监测碳纤维复合材料固化过程中内部的温度和应变等参量.试验结果表明,采用两个光纤光栅传感器分别用来监测碳纤维复合材料固化过程中内部温度和应变的变化是可行的.     

布拉格光栅植入角度对在复合材料中传感检测特性影响

植入到复合材料内部的布拉格光栅可用于监测复合材料内部应力应变及温度变化,但是现有研究里对于光栅植入过程中对光栅传感检测特性造成的影响却未见报道。在植入过程中,植入光栅与碳纤维存在的夹角将会产生内应力,这会对光栅传感检测效果产生影响。为了研究其影响规律,通过将光栅植入到准各向同性复合材料的不同层中,研究光纤与相邻预浸带中碳纤维之间的夹角对温度与应力检测特性影响。研究结果表明:光栅植入角度会对其温度和应变传感检测特性造成较大影响,当光栅与相邻预浸带碳纤维存在夹角时,光栅拉伸应变测量值与应变片测量值出现偏差,发生啁啾现象;同时光栅与相邻预浸带碳纤维的夹角越大,光栅温度检测曲线线性拟合度越差。     

植入FBG的碳纤维复合材料全寿命周期结构状态研究

将光纤光栅传感器与碳纤维复合材料进行一体化集成设计,在碳纤维复合材料内部植入光纤光栅传感器,验证了埋置工艺的可行性,确认了其可实时监测环境温度值,研究了植入光纤光栅传感器后碳纤维复合材料的结构强度变化及光纤光栅的信号传递率。试验结果表明:碳纤维复合材料埋入光纤光栅传感器前后结构强度变化率小于10%,光纤应变信号传递率高于90%,光纤光栅传感器可以作为碳纤维复合材料结构进行从加工固化、使用过程直至破坏的全寿命周期的结构强度监测的有效手段。     

可变弯度机翼后缘形态重构光纤监测技术

可变弯度机翼是一种变翼型变体飞行器，在飞行过程中可根据不同的飞行环境自适应调整机翼弯度来提高飞行效率，从而适应复杂多样的任务环境。针对可变弯度机翼后缘形态与偏转角度实时监测需求，研究了一种基于光纤布拉格光栅传感器的机翼后缘形态重构方法。采用数值仿真方法分析可变弯度机翼后缘的形态变化特征，得到可变弯度机翼后缘偏转位移与偏转角度之间关系。给出光纤布拉格光栅传感器布局形式，构建了基于应变和曲率信息递推位移重构原理的机翼后缘形态和偏转角度监测系统。基于光纤布拉格光栅传感器的机翼后缘形态重构相对误差约为6.39%，偏转角度辨识相对误差约为7.47%。研究结果表明，所提方法能够为可变弯度机翼后缘形态感知、姿态自适应调整以及气动外形优化提供技术支撑。     

基于光纤光栅传感器的复合材料气瓶应变检测

针对复合材料气瓶应变检测的需求,提出了一种光纤光栅传感器植入碳纤维缠绕铝合金内衬的复合材料气瓶的方法,首先在室温下将光纤光栅传感器粘接在经过喷砂处理的铝合金内衬外表面,然后对粘接了光纤光栅传感器的铝合金内衬进行高温老炼,最后进行碳纤维缠绕和固化。开展了8只光纤光栅应变传感器植入复合材料气瓶的试验,其中6只传感器在复合材料气瓶150 ℃/1.5 h固化后保持存活,实现了复合材料气瓶固化、水压疲劳、高温试验等过程中的应变检测。结果表明,所提出的方法可以减小内衬的粗糙外表面导致的光纤光栅信号衰减,验证了光纤光栅传感器植入复合材料气瓶进行应变检测的可行性。     

不同试验标准对复合材料压缩强度的影响

为了研究应力与应变的关系问题,采用ASTMD3410对一系列复合材料进行压缩试验.研究结果表明对于低性能复合材料,应力应变呈线性关系,而对于高性能复合材料,应力应变不再呈线性关系,出现了失稳破坏,降低了压缩强度值.针对USN46200的压缩试验出现失稳破坏,分别采取增加厚度和改变试验标准进行试验,结果表明增加试验件厚度不能解决此问题,改变试验标准有效地解决了该问题.对于高性能的复合材料压缩试验建议采用ASTM D6641试验方法.     

利用反射式衍射光栅进行瞬态应变测量

介绍了利用反射式衍射光栅进行瞬态应变测量的方法,在一维细长杆中,通过测量杆未端的绝对速度,就可以算出动态应变和应变灵敏度系数K,文章对该方法进行了理论计算和实验结果分析,给出了结论和进一步研究方向。     

全同光纤布拉格光栅单纤复用能力的研究(英文)

本文从理论上研究和分析了一种基于OTDR和TDM技术的新型光纤布拉格光栅复用方法的复用能力。这种方法可以在同一根光纤上复用成百个全同的低反射率布拉格光栅,从而使布拉格光栅传感器在航空航天健康监测领域得到更广泛的应用。分析表明,当布拉格光栅的反射率足够低时,系统的复用能力可以大大提高。因此,基于这种复用方法,可以实现廉价的大规模分布传感系统。在评价这种系统的复用能力时,我们第一次提出应该考虑光栅间多次反射光的干涉效应的影响。     

喷射吸滤成型法制备碳纳米纸及其应变/温度传感特性

碳纳米纸可作为应变传感器监测结构应变损伤,同时还可作为温度传感器监测环境温度变化。将多壁碳纳米管单分散后,采用喷射吸滤法制备碳纳米纸,利用场发射扫描电子显微镜和氮气吸附法表征碳纳米纸微观形貌及平均孔径。碳纳米纸的应变传感和温度传感实验表明碳纳米纸对应变灵敏度较高,灵敏度系数分别为10.21(0~39 000με)和524.79(39 000~55 000με);碳纳米纸经退火处理后,升温过程电阻温度系数分别为-6.57%/℃(20~100℃)和-3.25%/℃(100~200℃),降温过程电阻温度系数分别为-5.79%/℃(20~100℃)和-2.88%/℃(100~200℃),具有较好的温度传感可逆性和重复性。     

OpenGL在FBG传感网络结构健康监测中的应用

对飞机机翼三维重建方法及其应用进行了研究,并采用开放性图形库OpenGL(Open Graphics Librar-y)三维图形软件接口标准,在Visual C 6.0平台下开发了基于光纤布拉格光栅FBG(Fiber Bragg Grating)动态应变采集与机翼模型三维重建系统.本文通过共享数据库的方式,在机翼模型与FBG传感网络数据直接建立连接,FBG传感器数据变化可实时在三维机翼模型中进行体现,由此实现了直观地对飞机机翼各监测点应变情况的实时监测.     

表面粘贴光纤光栅传感器的应变传递分析

光纤光栅传感器粘贴于航空结构的基体表面后,基体结构的真实应变与光纤光栅传感器测得的应变之间存在一个传递系数。本文根据应用环境,建立了＂基体结构—胶粘体—光纤传感器＂的应变传递简化模型,推导了裸光纤光栅传感器测得的应变与结构基体实际应变的比值,即应变传递率,并对影响传递率的各种参数进行分析和模拟,根据实际条件得到了粘贴的最佳参数。     

基于光纤光栅传感的复合材料蒙皮结构修补监测研究

复合材料结构粘接修补是一项被广泛应用的工程技术。采用光纤光栅对复合材料蒙皮结构的损伤和粘接修补结构的全过程进行了实时监测,通过理论分析与试验相结合,发现光纤光栅传感器可对结构损伤进行识别,可对修补结构进行监测,并可评估修补结构的性能。基于光纤光栅传感的修补结构监测对飞机结构的修补评估、保障安全具有实际的工程价值。     

光纤传感测定机翼飞行中的应变及温度

光纤传感测定机翼飞行中的应变及温度英国ＢＡｅ公司的ＳＯｗｅｒｂｙ研究中心正在开发一种新型机翼，它能在飞行时感知关键部位的表面温度、应力及应变。它不是用传统的应变片及温度计而是用一种布拉格光栅网络覆盖在机翼上，光栅嵌在０．１２５ｍｍ直径的光纤内，可以部...     

非隔振条件下实时云纹干涉法研究及其在复合材料研究中的应用

本文提出一有特制的全息光栅参与组成的具有强抗干扰能力、适用于非隔振条件下实时云纹干涉法试验光路,并详述了它的原理和特点。试验在非隔振条件下得到动载复合材料带孔板试件实时观测记录的云纹干涉系列条纹图;还将云纹干涉试验与电测试验结果进行了比较与分析,两者的一致性证实云纹干涉法试验结果是可靠的。此光路也适用于现场实测。试验结果还说明复合材料边缘有提高应变集中系数的效应。     

压电-光纤综合结构健康监测系统的研究及验证

以某型无人机机翼盒段试验件为对象,进行了压电-光纤综合结构健康监测系统的研究。自主研发了国内首台集成压电多通道扫查系统,可实现多达552个激励 传感通道的损伤自动扫查,并同光纤光栅解调系统组合,自行开发了集成健康监测系统软件,构成了压电-光纤综合结构健康监测系统。基于该系统进行了大型碳纤维复合材料盒段试验件弯扭强度实验过程中的结构健康监测功能验证研究,监测结构尺寸达4000 m×1200 m×0.265 m,监测对象包括结构的应变场分布及抽钉失效。系统监测了全盒段上下壁板共34点的应变场分布情况,应变场监测准确;监测系统不仅对结构抽钉的缺失实现了准确监测,而且可以分辨所实验结构的4种抽钉缺失程度。