基于FBG传感器的碳纤维/环氧树层合板低速冲击性能的研究

摘要

碳纤维增强复合材料具有比强度、比刚度高,可设计性强等优点,已被广泛应用于航空航天与民用领域。但其受低速冲击后,复合材料内部容易产生基体开裂和分层等损伤,这些损伤在日常检测中不易被发现,将导致结构的强度和寿命大幅降低,严重影响其安全使用。因此,高效的无损检测方法对其内部结构的实时监测具有重要意义。光纤光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器由于成本低,体积小以及抗干扰性好等优点在碳纤维增强复合材料无损检测中具有重要的理论与实际价值。
　　 本文采用热压罐成型工艺制备碳纤维/环氧树脂层合板,并将光纤光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器埋入层合板中,对埋置FBG传感器的层合板进行了拉伸、弯曲等力学性能的测试,结果表明FBG传感器与层合板相容性良好,并且能准确反映层合板内部应力的变化情况。
　　 为了研究FBG传感器实时监测低速冲击对碳纤维/环氧树脂层合板的影响,本文首先用不同冲击能量对层合板进行冲击,结果表明不同冲击能量下FBG传感器中心波长变化幅度不同,即FBG传感器中心波长的变化可以反映层合板内损伤的程度。然后又研究了与冲击点不同距离的FBG传感器中心波长的变化,得到了可以根据FBG中心波长的变化判断冲击点位置的结论。本文还研究碳纤维/环氧树脂层合板受到累积冲击时的情况以及不同层间的累积冲击损伤情况,结果表明FBG传感器能够有效的判断碳纤维/环氧树脂层合板内部的损伤程度,是碳纤维增强复合材料无损检测的有效手段。