[发明专利]一种三维机织复合材料成型过程应变监测方法及装置

说明书

本发明提供一种三维机织复合材料成型过程应变监测方法及装置。方法，包括：将FBG传感器预埋入待测位置对应的纬纱中，拉动所述FBG传感器使其能够沿纬纱的延伸方向往复运动并最终将FBG传感器的光栅段固定至待测位置；开始纺织送纱使经纱包裹埋有FBG传感器的纬纱进而生成三维机织预制体，所述三维机织预制体上连接有温度传感器；将所述三维机织预制体放入模具中进行合模，根据所述FBG传感器的波长变化以及所述三维机织预制体的温度变化得到材料的应变变化。本发明可以实现对三维机织复合材料结构固化成型过程中的应变场及其演化历程的实时监测。

技术领域

本发明涉及材料测试技术领域，具体而言，尤其涉及一种三维机织复合材料成型过程应变监测方法及装置。

背景技术

三维机织复合材料除具有高比强度、高比模量，还具有传统层合复合材料所缺乏的抗分层、抗冲击等性能。但由于其组分相力学、热力学性能差异较大，树脂收缩及模具作用等各方面因素影响，在复合材料的成型过程中易出现残余应力、应变。因此需对其成型过程中的应变场及其演化历程进行监测，以实现对复合材料产品成型质量的评估。

中国专利CN107367523提出的一种实时监测热固性复合材料有效化学收缩率的方法，其通过将不同尾长的FBG传感器预埋在热固性复合材料单向层叠中，同时设置温度参考光栅，在复合材料成型升温过程中，监测各传感器的波长变化，将长、短尾传感器波长变化值分别剪去温度参考光栅的波长变化值，再除以应变灵敏度系数则分别得到传感器的应变变化。

中国专利CN 101571491提出的复合材料固化残余应变的光纤光栅监测方法，通过将光栅温度传感器和光栅温度应变传感器的传感器串，在复合材料的铺层过程中埋入待测部位，固化结束后根据波长变化获得复合材料的残余应变。

现有复合材料成型过程应变监测技术通常采用电阻应变片或光纤布拉格光栅传感器(FBG)进行测量，其中电阻应变片易受电场影响，且难以承受复合材料固化的高温。此外现有技术均针对层合复合材料来开展，只需在复合材料铺层时，将传感器埋入待测的两层间即可。而对于三维机织复合材料，由于其不分层，而是通过纺织技术，将增强纤维束(碳纤维、玻璃纤维等)形成具有三维空间结构的预制体，再通过液体模塑成型工艺(LCM，如RTM，VARTM等)复合形成复合材料，且FBG传感器通过内部光纤工作，脆弱易断，尤其在压、弯、剪载荷下极易发生破坏，无法在三维机织预制体成型后插入预制体中，使得现有技术不再适用于三维机织复合材料成型过程中内部应变场及其演化历程的测量。

发明内容

根据上述提出现有检测方法无法检测三维机织复合材料的技术问题，而提供一种三维机织复合材料成型过程应变监测方法。应用本发明，可以实现对三维机织复合材料结构固化成型过程中的应变场及其演化历程的实时监测。。

本发明采用的技术手段如下：

一种三维机织复合材料成型过程应变监测方法，包括：将FBG传感器预埋入待测位置对应的纬纱中，拉动所述FBG传感器使其能够沿纬纱的延伸方向往复运动并最终将FBG传感器的光栅段固定至待测位置；开始纺织送纱使经纱包裹埋有FBG传感器的纬纱进而生成三维机织预制体，所述三维机织预制体上连接有温度传感器；将所述三维机织预制体放入模具中进行合模，根据所述FBG传感器的波长变化以及所述三维机织预制体的温度变化得到材料的应变变化。

本发明还提供一种三维机织复合材料成型过程应变监测装置，用于执行上述的方法，包括：FBG传感器，所述FBG传感器预埋在三维机织预制体待测位置对应的纬纱中，且所述FBG传感器的光栅段固定至待测位置；光纤光栅解调仪，所述光纤光栅解调仪连接所述FBG传感器的光纤以采集成型过程中FBG传感器的波长变化；热电偶传感器，所述热电偶传感器设置于三维机织预制体上并用于采集成型过程中三维机织预制体的温度变化；以及计算机，所述计算机用以分析和存储所述光纤光栅解调仪与所述热电偶传感器采集的数据。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：