[发明专利]复合材料固化残余应变的光纤光栅监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测方法，尤其是一种复合材料固化残余应变的光纤光栅监测方法，属于材料科学领域。

背景技术

复合材料具有优异的力学性能，但其组分材料物理与力学性能差异、热膨胀系数不匹配，常常会导致其成型过程中残余应力/应变的产生。这种固化残余应力会影响复合材料的尺寸稳定性，同时对复合材料结构服役过程的损伤扩展产生不可忽视的影响。所以监测和控制固化残余应变的产生，对提高复合材料的可靠性非常关键。

固化残余应变的测量方法通常采用去层法、钻孔法，但这些方法只能局限于结构的特定区域，而且会造成原有结构的破坏。无损检测方法如介电分析法和电子应变测量仪测量固化残余应变，但埋入的传感器在复合材料固化过程中产生的收缩应力会影响结构的性能，同时利用电阻应变片测量残余应变，容易受电场影响，同时无法承受复合材料固化高温。

材料内部应变监测也可以用埋入光纤光栅来实现，因为光纤的埋入对复合材料机械性能影响不大。所以可利用光纤光栅监测复合材料固化过程中，树脂和增强材料热膨胀系数差异而引起的固化残余应力/应变。光纤光栅最便捷的应变测量方式是结构承载时跟踪光栅反射光谱最高峰波长的漂移，但光纤裸光栅在非均匀应变场下会出现啁啾现象，光栅上有涂层时这种啁啾现象会弱化，此时仍然通过监测最高峰的中心波长来监测应变值。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明通过在复合材料内埋入光纤光栅传感器实现对不同铺层顺序和固化工艺参数的复合材料成型过程的固化残余应变的实时监测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：复合材料固化残余应变的光纤光栅监测方法，其步骤如下：

(1)制作包含2个裸光栅的传感器串，1个光栅位于光纤端部，用玻璃毛细管套在端部传感器上，边缘部分用硅橡胶封装，制成光栅温度传感器，另1个光栅传感器在刻好后，从新套上聚酯涂层材料，制成光栅温度应变传感器。

(2)复合材料铺层过程中，将光纤光栅传感器埋入复合材料的待测部位，光纤与复合材料的出入口部位预留部分石英保护套。

(3)合理选用复合材料的成型工艺：热压釜、模压成型等。

(4)固化成型后，使复合材料冷却到室温，用光栅解调仪监测光纤光栅的反射光谱的最高反射峰的波长值。

(5)利用ϵ=1kϵ(ΔλB1λB1-ΔλB2λB2)]]>计算复合材料的固化残余应变。

埋入光纤光栅对复合材料力学性能影响不大，因此本发明可以在不破坏结构的前提下实现对复合材料结构关键部位的残余应变测量，测量值稳定可靠，重复性好，同时埋入光栅也可以继续发挥复合材料结构的健康监测功能。该发明将复合材料数字化制造和健康监测有机结合，实现了复合材料制作过程的在线监测。

附图说明

图1为本发明的工作原理简图。

具体实施方式

在图1中，符号1代表光栅温度传感器；符号2代表光栅温度应变传感器；符号3代表玻璃毛细管；符号4代表硅橡胶封装；符合5代表复合材料；符号6代表光纤；符号7代表石英护套；符号8代表耦合器；符号9代表光栅解调仪；符号10代表宽带光源。

如图1所示：复合材料固化残余应变的光纤光栅监测方法，其具体操作如下：