發(fā)布時間：2021-10-09 10:15

　　三維編織復(fù)合材料被大量用于航空結(jié)構(gòu)設(shè)計,在航空服役過程中需承受各種復(fù)雜載荷。測量三維編織復(fù)合材料內(nèi)部原位應(yīng)變,將其應(yīng)用于建立材料失效預(yù)警系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)強度設(shè)計。在三維編織復(fù)合材料內(nèi)部埋植光纖Bragg光柵傳感器和在材料表面粘貼應(yīng)變片,同時測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部和表面原位應(yīng)變。構(gòu)建均質(zhì)模型和細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型,采用有限元方法分析內(nèi)部原位應(yīng)變場分布,有限元分析結(jié)果和試驗測量結(jié)果吻合性較好。發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸載荷作用下,三維編織復(fù)合材料不同位置原位應(yīng)變值產(chǎn)生變化。三維編織復(fù)合材料軸向正中間截面應(yīng)變分布較為均勻;內(nèi)單胞處原位應(yīng)變略大于面單胞處原位應(yīng)變（最大差值約0.08%）;外表面原位應(yīng)變大于面單胞處原位應(yīng)變（最大差值約0.1%）。在三維編織復(fù)合材料航空結(jié)構(gòu)設(shè)計中,需要充分考慮并合理使用三維編織復(fù)合材料不同位置的應(yīng)變值,使材料設(shè)計和利用效率最大化。 

【文章來源】：航空制造技術(shù). 2020,63(15)

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

固化后橫截面Fig.3Cross-sectionaftercuring顯微鏡照片（b）SEM照片100μm

uralHealthMonitoring2020年第63卷第15期·航空制造技術(shù)732.4拉伸測試試件FBG傳感器柵區(qū)埋植在復(fù)合材料的位置為：試件軸向正中間位置的面單胞和內(nèi)單胞處，如圖4所示，可以看出，三維編織復(fù)合材料的角紗（角單胞）占比很小，因此忽略。本試驗共制備3種試樣，分別記為No_FBG（未內(nèi)置FBG傳感器試樣）、FBG_S、FBG_I。其中，“FBG”表示內(nèi)置FBG傳感器的試樣，“S”、“I”分別表示復(fù)合材料面單胞和內(nèi)單胞位置。在試樣中光柵柵區(qū)所對應(yīng)的外表面粘貼應(yīng)變片，如圖4和圖5所示。2.5準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸測試本試驗采用810萬能材料測試系統(tǒng)（MTS）對三維編織復(fù)合材料試樣進行準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸測試，試樣拉伸速度為2mm/min。FBG傳感器信號調(diào)制和波長解調(diào)采用sm125型光纖光柵解調(diào)儀。應(yīng)變片信號采集采用安捷倫KEYSIGHT34970A/34972A數(shù)據(jù)采集儀，該儀器可高精度直接線性測量應(yīng)變片電阻。測試儀器如圖6所示。本試驗在恒溫下進行，測試過程中，室內(nèi)溫、濕度無明顯變化。試樣為準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測試，拉伸速率緩慢，材料在失效過程中不會在瞬間釋放大量熱，因此溫度對本試驗無影響，F(xiàn)BG傳感器和應(yīng)變片不進行溫度補償。三維編織復(fù)合材料有限元模型1均質(zhì)模型三維編織復(fù)合材料由碳纖維束表2三維編織復(fù)合材料基本參數(shù)Table2Parametersfor3Dbraidedcomposites類型參數(shù)纖維體積分?jǐn)?shù)Vf/%40編織角α/（°）41FBG傳感器軸向/應(yīng)變片粘貼方向/（°）0515040100200mm面單胞位置內(nèi)單胞位置FBG應(yīng)變片應(yīng)變片F(xiàn)BG傳感器接頭FBG_S圖4傳感器所處位置示意圖Fig.4Schemeofpositionsofsen

FBG”表示內(nèi)置FBG傳感器的試樣，“S”、“I”分別表示復(fù)合材料面單胞和內(nèi)單胞位置。在試樣中光柵柵區(qū)所對應(yīng)的外表面粘貼應(yīng)變片，如圖4和圖5所示。2.5準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸測試本試驗采用810萬能材料測試系統(tǒng)（MTS）對三維編織復(fù)合材料試樣進行準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸測試，試樣拉伸速度為2mm/min。FBG傳感器信號調(diào)制和波長解調(diào)采用sm125型光纖光柵解調(diào)儀。應(yīng)變片信號采集采用安捷倫KEYSIGHT34970A/34972A數(shù)據(jù)采集儀，該儀器可高精度直接線性測量應(yīng)變片電阻。測試儀器如圖6所示。本試驗在恒溫下進行，測試過程中，室內(nèi)溫、濕度無明顯變化。試樣為準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測試，拉伸速率緩慢，材料在失效過程中不會在瞬間釋放大量熱，因此溫度對本試驗無影響，F(xiàn)BG傳感器和應(yīng)變片不進行溫度補償。三維編織復(fù)合材料有限元模型1均質(zhì)模型三維編織復(fù)合材料由碳纖維束表2三維編織復(fù)合材料基本參數(shù)Table2Parametersfor3Dbraidedcomposites類型參數(shù)纖維體積分?jǐn)?shù)Vf/%40編織角α/（°）41FBG傳感器軸向/應(yīng)變片粘貼方向/（°）0515040100200mm面單胞位置內(nèi)單胞位置FBG應(yīng)變片應(yīng)變片F(xiàn)BG傳感器接頭FBG_S圖4傳感器所處位置示意圖Fig.4Schemeofpositionsofsensors圖5試樣實物圖Fig.5Photographofsample應(yīng)變片引線FBG-TMTSsm12534972A數(shù)據(jù)采集儀圖6試驗測試儀器Fig.6Equipmentfortesting和環(huán)氧樹脂兩相材料復(fù)合成的一體化結(jié)構(gòu)，由FBG傳感器測量的內(nèi)部應(yīng)變和應(yīng)變片測量的表面應(yīng)變均針對于復(fù)合材料一體化結(jié)構(gòu)，而不是單

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本文編號：3426165