[发明专利]一种用于结构纵向应变监测的智能复合材料层板制作方法无效

专利信息
申请号: 200910011934.4 申请日: 2009-06-10
公开(公告)号: CN101570065A 公开(公告)日: 2009-11-04
发明(设计)人: 卢少微;陈平;马克明;王柏臣;陆春;李伟;于祺 申请(专利权)人: 沈阳航空工业学院;大连理工大学
主分类号: B29C70/34 分类号: B29C70/34;B29C70/54;G01B11/16;B29L9/00
代理公司: 沈阳维特专利商标事务所 代理人: 甄玉荃;孙丽珠
地址: 110136辽宁省沈阳市*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 结构 纵向 应变 监测 智能 复合材料 制作方法
【说明书】:

技术领域:

发明属于一种智能复合材料制备方法,具体地说是一种埋入光纤光栅传感器的用于结构纵向应变检测的智能复合材料层板制备方法。

背景技术:

近年来,光纤光栅传感器在工程结构纵向应变监测领域应用广泛。与传统电阻应变片相比,光纤光栅具有波分复用功能,应用一根光纤就可以实现结构多点同时检测,除此外,光纤不受电磁干扰,不需要与结构材料的绝缘保护,抗高温、抗化学腐蚀,可作为探测隐蔽环境和不可接触区域纵向应变监测的理想方法。

工程上通常用聚酰亚胺树脂或环氧树脂将光纤光栅传感器粘结在结构表面,但服役过程中光纤特别容易破坏。所以有时直接将光纤直接埋入复合材料结构中用于应变和温度监测,同时复合材料也会起到对光纤很好的封装保护作用,但光纤光栅埋入会引起其周围应力/应变的集中,同时复合材料固化过程中产生的热残余应力也会引起光纤光栅反射光谱的啁啾现象,影响光栅的应变测量精度。研究表明光纤光栅埋入0度复合材料层间时,对光栅反射光谱影响较小,但在复合材料设计上不一定能够实现,同时埋入复合材料的裸光纤十分脆弱,这在大规模工程施工上,工艺无法保证。

发明内容

本发明是为了解决目前存在的工程上常用的聚酰亚胺树脂或环氧树脂将光纤光栅传感器粘结在结构表面,在服役过程中光纤特别容易破坏及将光纤直接埋入复合材料结构中,虽然得到很好的封装保护,但会引起其周围应力/应变的集中,同时复合材料固化过程中产生的热残余应力也会引起光纤光栅反射光谱的啁啾现象,影响光栅的应变测量精度。光纤光栅埋入0度复合材料层间时,光纤光栅测量精度较高,但这在复合材料设计上和大规模工程施工上,工艺无法保证。针对这些技术问题,本发明提供了一种用于结构纵向应变监测的智能复合材料层板制作方法,将光纤光栅传感器埋入复合材料铺层中来替代结构健康监测领域常用的电阻应变片。该智能复合材料传感层板制作方法是通过如下步骤实现的:

(1)选择厚0.2mm的CFRP或厚0.15mm的GFRP复合材料预浸料,CFRP按经/纬向50/50的质量比铺层;GFRP按经/纬向80/20的质量比铺层结构铺层;

(2)复合材料预浸料按100mm×20mm裁减,用手工铺层;

(3)在光纤光栅的两端施加预应力,沿100mm方向放入复合材料层板中,端口部分用石英保护套嵌入复合材料;

(4)将复合材料铺层用真空袋密封,光纤光栅通过硅橡胶密封胶条穿出真空袋;

(5)铺层后的复合材料放入热压釜内,升温到125℃,内部真空度达到0.085Mpa,外压0.1Mpa,在该条件下保持2小时,降到室温;升温和降温速度均为1℃/分;

(6)最终CFRP的厚度为0.4mm,GFRP厚度为0.35mm。

本发明的特点及有益效果:通过对埋入光纤光栅施加预应力,降低了复合材料固化残余应力对光纤光栅反射光谱的影响,避免了啁啾现象的产生,提高了传感器的稳定性和重复性。同时复合材料也起到了对裸光纤光栅很好的封装保护作用,满足了工程施工对传感器灵敏度要求。

埋入光纤光栅的智能复合材料层板用于工程结构纵向应变监测,通过控制光纤光栅的埋入工艺与复合材料层板的成型工艺,使光纤光栅反射光谱保持其稳定的单峰形状,提高其应变监测精度。通过使用该智能复合材料层板进行结构纵向应变监测时,就不必考虑光纤光栅的埋入工艺及封装问题,满足光纤光栅在结构纵向应变监测的工程化应用。

附图说明

图1为本发明的工作原理简图。

在图1中出现的符号标记说明:

1代表光纤光栅传感器;符号2代表光纤;符号3代表复合材料铺层;符号4代表真空袋;符合5代表石英护套;符号6代表光纤预应力施加装置。

具体实施方式

参看图1,一种用于结构纵向应变监测的智能复合材料层板制作方法,其步骤如下:

(1)选择厚0.2mm的CFRP或厚0.15mm的GFRP复合材料预浸料,CFRP按经/纬向50/50(质量比)的铺层;GFRP按经/纬向80/20(质量比)的铺层结构铺层;

(2)复合材料预浸料按100mm×20mm裁减,用手工铺层;

(3)在光纤光栅的两端施加预应力,沿100mm方向放入复合材料层板中,端口部分用石英保护套嵌入复合材料;

(4)将复合材料铺层用真空袋密封,光纤光栅通过硅橡胶密封胶条穿出真空袋;

(5)复合材料铺层结构放入热压釜内,升温到125℃,内部真空度达到0.085Mpa,外压0.1Mpa,在该条件下保持2小时,降到室温;升温和降温速度均为1℃/分;

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