基于光纤bragg光栅传感器的碳纤维复合材料内部热应变场监测

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1、学校代码：10255学号：2130074基于光纤Bragg光栅传感器的碳纤维复合材料内部热应变场监测InternalthermalstrainmeasurementofcarbonfiberreinforcedcompositeswithembeddedfiberBragggratingsensors专业：纺织材料与纺织品设计姓名：贾卫芳导师：孙宝忠顾伯洪答辩日期:2016年1月8日东华大学学位论文原创性声明’，？、聲术逍徳本人郑巧卢明：巧恪），父尚严涨学Ｋ。所亞义化巧位？论文，陈，化本人在计师的巧水Ｋ独义进行硏究工化所化饼的成巧文中

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4、劳性能好和耐久性强等优点，已广泛用于汽车、轮船、航空航天等领域。然而，由于长时间受外部环境影响，复合材料结构难免会出现损伤或裂纹。高效无损检测技术对复合材料结构损伤进行长时间连续实时监测意义重大。光纤传感技术具有尺寸小、质量轻、灵敏度高等优点，是未来复合材料监测的热门方法。光纤Bragg光栅(FiberBraggGrating，FBG)传感器作为光纤传感器的一种，除了具备传统光纤传感器的特点外，还具有很强的抗电磁干扰能力，并且抗光强波动，不受光波偏振态变化、光纤连接及耦合损耗的影响。将FBG传感器预埋于复合材料结构中，可以实现复合材料的在线实时健

5、康监测。本文将FBG传感器分别埋入环氧树脂浇注体、两束碳纤维、碳纤维/环氧树脂单向板和碳纤维/环氧树脂平纹机织层压复合材料中，同时以一根自由态FBG传感器作为参考，进行温度补偿，采用SM125型光纤光栅解调仪测试四种材料在20~100℃温度范围内部热应变，分析四种材料在仅受温度载荷作用下内部热应变变化特征。研究方法和结果如下：(1)FBG传感器温度标定：光纤Bragg光栅中心波长与温度呈良好的线性关系，且重复性较好。(2)采用DMA对环氧树脂基体进行动态热力学测试。结果表明，高温对环氧树脂的力学性能影响显著，尤其在高于玻璃化转变温度Tg时，刚度急

6、剧下降，粘性增加明显；此外，短时间内的加热不会影响复合材料的测试结果。(3)对埋有FBG传感器的环氧树脂浇注体进行性能测试。结果表明，埋入其中的FBG传感器不仅可以感知外界温度变化对环氧树脂浇注体内部热力学性能的影响，而且可以准确感知环氧树脂浇注体内部产生的热应力变化量。(4)参考FBG传感器以及埋入环氧树脂浇注体、两束碳纤维复合材料、碳纤维/环氧树脂单向板和碳纤维/环氧树脂平纹机织层压复合材料四种材料内FBG传感器的中心波长受温度变化影响。中心波长均随温度升高呈线性增加趋势，且拟合程度均较好，符合预期估计。(5)四种材料内FBG传感器在温度补偿

7、前后中心波长漂移量也受温度影响，温度补偿前后四种材料中心波长漂移量均存在误差，为保证实验结果准确性，必须对埋入材料内的FBG传感器进行温度补偿。(6)热应变与材料结构关系：详细分析四种材料内部热应变，内部热应变均随温度升高而变大；在同一温度点，两束碳纤维中的热应变最大，环氧树脂浇注体中的热应变次之，其次是平纹机织层压复合材料，最后是单向板。关键词：碳纤维/环氧复合材料；FBG传感器；温度补偿；热应变INTERNALTHERMALSTRAINMEASUREMENTOFCARBONFIBERREINFORCEDCOMPOSITESWITHEMBEDD

8、EDFIBERBRAGGGRATINGSENSORSABSTRACTCarbonfiberreinforcedcompositeshav