光纤布拉格光栅监测碳纤维复合材料固化成型过程

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1、学术论文RESEARCH光纤布拉格光栅监测碳纤维复合材料固化成型过程术于海涛1，刘文涛2，张金栋3，周蒙2，魏鹏2，肇研3(1．中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，哈尔滨150066；2．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191；3．北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100191)【摘要】碳纤维复合材料固化成型时，温度和内应力对成型质量的影响巨大。鉴于碳纤维复合材料厚度通常为几毫米，传统的热电偶和电阻应变片等温度应变传感器由于体积较大，无法实现嵌入式监测。为了获得成型过程中材料内部实时的温度和应变，采用光纤布拉格光栅(FiberBr

2、aggGrating，FBG)传感器进行监测。试验中使用两个FBG传感器，一个作为温度传感器，另一个作为应变传感器，内嵌于碳纤维预浸料铺层之中，分别用于监测碳纤维复合材料固化过程中内部的温度和应变等参量。试验结果表明，采用两个光纤光栅传感器分别用来监测碳纤维复合材料固化过程中内部温度和应变的变化是可行的。关键词：碳纤维复合材料；固化；光纤布拉格光栅；温度；应变MonitoringtheCuringProcessofCarbonFiberCompositesWithFiberBraggGratingYUHaita01，LIUWenta02，ZHANGJindo

3、n93，ZHOUMen92，WEIPen92，ZHAOYan3(1．AVICHarbinAircraftIndustryGroupCompanyLimited，Harbin150066，China；2．SchoolofInstrumentationScienceandOpto-electronicsEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China；3．SchoolofMaterialsandEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)【ABSTRACT】

4、Whencarbonfibercompositesiscuring，temperatureandinternalstresshasahugeimpactonmanuhcmr-ingquality．Giventhatthethicknessofcarbonfibercompositesisonlyafewmillimeters，thetraditionalthermocoupleandresistancestraingauge，duetolargevolume，areunabletorealizeembeddedmonitoring．Inordertogett

5、hematerialsinter-nalreal—timetemperatureandstrainduringthecuringprocess，theFiberBraggGrating(FBG)sensorsarenecessary．TwoFBGsensorwereusedintheexperiments，withoneasatemperaturesensor,anotherasstrainsensor,embeddedincarbonfiberprepreglayer，tomonitorthetemperatureandstraininsidethecar

6、bonfibercompositesintheprocessofcuring．TheexperimentalresultsshowthatusingtwofiberBragggratingsensorstomonitorthechangeoftheinternaltemperatureandstrainofthecarbonfiberstrainiSfeasible．Keywords：Carbonfibercomposites；Cureprocess；FiberBragggrating；Temperature；StrainDOI：10．16080／j．iss

7、nl671—833x．2016．04．076碳纤维复合材料固化成型过程中，温度和应变是对该产品质量影响最重要的两个控制参量。目前，常用的温度测量方法一般有热电偶温度传感器和光纤光栅温度传感器，常用的应变测量方法有电阻应变片、迈克尔逊干涉仪传感器、F—P外腔干涉仪传感器[1-2]-,FBG传感器[3-7]和布里渊光时域反射计传感器。鉴于试验中要监测的复合材料厚度仅为几毫米，传统的温度应变传感器由于体积较大无法实现嵌入式监测，而光纤光栅传感}基金项目：国防基础科研计划(A0520110033o76航空制造技术·2016年第4期器具有尺寸小嘲，对结构铺层、力学性能

8、影响小、灵敏度高、测量温度、应变范围宽等优势而被选为