光纖傳感器在監(jiān)測(cè)RTM固化過(guò)程及復(fù)合材料健康狀況中的應(yīng)用

本文論述了應(yīng)用光纖傳感器對(duì)RTM的固化過(guò)程及制品疲勞損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法。研究中,采用的增強(qiáng)材料為玻璃布,環(huán)氧樹脂作基體。應(yīng)用兩種光纖應(yīng)變傳感器進(jìn)行應(yīng)變測(cè)定,一種是Bragg 光柵(FBG) 傳感器;另一種是外置式Fabry - perot 干涉型(EFPI) 傳感器。傳感器埋入方向與樹脂流動(dòng)方向垂直或平行。研究結(jié)果表明:垂直埋入的FBG傳感器在被固化樹脂約束前,復(fù)觀性差。另外,還發(fā)現(xiàn)FBG和EFPI 傳感器在冷態(tài)下具有良好的準(zhǔn)確性。平行埋入的FBG傳感器在模塑工藝中表現(xiàn)出良好的復(fù)觀性。標(biāo)距為1mm 和4mm 的傳感器的應(yīng)變現(xiàn)象不同。上述結(jié)果說(shuō)明,將光纖傳感器埋入FRP 中,光纖傳感器的埋入結(jié)構(gòu)和標(biāo)距對(duì)應(yīng)變測(cè)量的精度有影響。利用埋入的光纖傳感器進(jìn)行固化監(jiān)測(cè),然后再循環(huán)加載試驗(yàn),測(cè)定其內(nèi)應(yīng)變。循環(huán)加載試驗(yàn)的結(jié)果是用FBG傳感器測(cè)得的應(yīng)變與粘貼應(yīng)變片測(cè)得的應(yīng)變具有良好的一致性。本項(xiàng)研究得出的結(jié)論是:通過(guò)埋入FBG應(yīng)變傳感器可對(duì)RTM成型FRP 工藝過(guò)程和使用過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)變進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)。
使用組裝型傳感器進(jìn)行固化監(jiān)測(cè)及健康監(jiān)測(cè)的技術(shù)有利于纖維增強(qiáng)塑料( FRP) 的低成本化及高
可靠性。在固化監(jiān)測(cè)中, 快速測(cè)定的樹脂固化度、成形壓力、成形溫度、孔隙及局部發(fā)生的殘余應(yīng)力等數(shù)據(jù), 可以用來(lái)控制成形工藝, 因此有可能縮短成形時(shí)間。而且, 由于減少了固化不良和初期缺陷, 制品的質(zhì)量得到提高, 可大幅度簡(jiǎn)化質(zhì)量檢查過(guò)程。健康監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)加在材料上的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、超負(fù)荷及由于疲勞產(chǎn)生的內(nèi)部損傷。由于快速監(jiān)測(cè), 提高了材料、結(jié)構(gòu)的可靠性, 簡(jiǎn)化了檢查周期, 降低了使用成本。
用于FRP 固化及健康監(jiān)測(cè)的傳感器有很多種類, 其中小型、質(zhì)輕且可撓性、耐老化性好的光纖
傳感器較適合FRP , 因此, 有很多使用光纖傳感器進(jìn)行FRP 的固化及健康監(jiān)測(cè)的研究。有些光纖傳感器專用于固化監(jiān)測(cè), 如近紅外線分光傳感器(NIRS) 、螢光傳感器、折射率傳感器等。NIRS 及螢光分析傳感器用于觀測(cè)固化反應(yīng)時(shí)的樹脂和固化劑的化學(xué)構(gòu)成的變化;折射率傳感器是通過(guò)光纖/ 樹脂界面的反射率來(lái)測(cè)定固化時(shí)樹脂的折射率變化。光纖應(yīng)變傳感器最大的特征是在產(chǎn)品成形及使用過(guò)程中都可應(yīng)用。光纖應(yīng)變傳感器能捕捉到固化過(guò)程中樹脂的體積變化, 由此可測(cè)定殘余應(yīng)力。