基于FBG传感器对复合材料固化过程和抗冲击性能监测的研究

摘要

纤维增强复合材料由于其高比强度和比刚度，被广泛应用于各项领域中。但复合材料在使用过程中很容易受到低能量冲击，而且对冲击载荷比较敏感。当冲击速度很高时，复合材料层合板将被穿透；而在冲击速度降低时，会使材料产生不同的破坏形式，例如基体开裂、纤维断裂和分层。大部分复合材料的损伤不是单次冲击造成的，往往是经过多次低能量冲击之后材料失效。复合材料在受到低能冲击时，大部分情况并没有明显的目视可见损伤，但导致在层合板表面会产生不可视的浅表面分层，从而形成潜在的危险，内部损伤的存在可造成复合材料在强度和刚度上的很大损失。因此要高度重视复合材料层合板的低速冲击损伤问题。
　　 本课题对纤维增强复合材料层合板进行了抗冲击性能研究。详细阐述了复合材料的冲击机理、受冲击后的损伤外貌、断裂损伤特性及断裂过程中的能量吸收。首先采用VARI(Vacuum Assisted Resin Infusion，真空辅助树脂注塑)制备纤维增强复合材料层合板，并在制备过程中埋入FBG传感器，对成型过程进行固化监测，分析了固化过程中的温度和应力应变的变化，为成型工艺的改进提供了很好的依据。然后对埋有FBG传感器的复合材料层合板进行冲击性能测试和分析，通过FBG传感器检测到的波长信号变化，对层合板的冲击损伤状况进行判断及作出评估，为复合材料的智能化控制提供更加准确的依据，具有重大的意义。论文对FBG传感器在飞机复合材料健康监测上的应用进行了介绍，飞机复合材料抗冲击性能的好坏将直接关系到飞行人员的安全，因此设计出更加安全的复合材料和对复合材料实时状况的监测显得尤为重要。