[發(fā)明專利]復(fù)合材料膠結(jié)接頭脫粘擴展的啁啾光柵監(jiān)測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910010459.9
• 申請日: 2009-02-26
• 公開（公告）號: CN101819166A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧少微;冷勁松;陳平
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽航空工業(yè)學(xué)院
• 主分類號: G01N21/958
• 分類號: G01N21/958;G01J3/457;G02B6/02
• 代理公司: 沈陽維特專利商標(biāo)事務(wù)所 21229
• 代理人: 甄玉荃

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無損檢測方法，尤其是一種用啁啾光柵監(jiān)測復(fù)合材 料膠結(jié)接頭脫粘位置的方法。屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由復(fù)合材料-復(fù)合材料或復(fù)合材料-金屬搭接頭組成的復(fù)合材料膠接 頭，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中。與機械緊固相比，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的膠結(jié) 連接法可使應(yīng)力平均分布在整個膠接區(qū)域，不易形成應(yīng)力集中。使用各 種膠結(jié)結(jié)構(gòu)的困難在于，在需要考慮結(jié)構(gòu)完整性監(jiān)測的領(lǐng)域，粘接結(jié)構(gòu) 不容易拆裝。但是，準靜態(tài)拉伸和疲勞載荷條件下，在粘接接頭部分的 粘接界面間特別容易產(chǎn)生脫粘形式的損傷。因此，在生產(chǎn)和服役過程中 及時監(jiān)測粘接接頭位置的缺陷，對整個結(jié)構(gòu)的安全性十分關(guān)鍵。傳統(tǒng)粘 接結(jié)構(gòu)接頭脫粘的監(jiān)測主要采用超聲、聲發(fā)射、微波、熱圖法，但以微 米級監(jiān)測到脫粘的起始點和最終脫粘擴展的變化，都十分困難。

光纖FBG光柵因其具有直徑小、柔韌易彎曲、抗電磁干擾、優(yōu)良 的可埋入性、波分時分復(fù)用和分布式傳感等優(yōu)點，成為智能材料與結(jié)構(gòu) 的首選傳感方式。FBG光柵傳感器是一種通過布拉格反射波長的移動來 感應(yīng)外界微小應(yīng)變變化的敏感元件，具有對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變進行高精度 絕對測量和準分布式數(shù)字測量的優(yōu)點。近年來，應(yīng)用均勻FBG光柵進 行粘接接頭、修復(fù)結(jié)構(gòu)的無損監(jiān)測研究取得了廣泛關(guān)注。線形啁啾光柵 是非均勻光纖光柵的一種，其柵格周期沿纖芯軸向單調(diào)、連續(xù)、線性變 化。一根線性啁啾光柵可看作是柵格周期各不相同的多個光柵微元相連 而成，各光柵微元對不同波長的光進行選擇性反射。整個光柵的反射譜 可以看作各個微元反射作用的總和，表現(xiàn)為其反射譜具有一定的寬度。 其反射譜波長與光柵位置是一一對應(yīng)的，所以當(dāng)光柵所處位置的應(yīng)變場 發(fā)生變化時，啁啾光柵反射光譜變化與光柵位置是一一對應(yīng)的，啁啾光 柵反射光譜可表示為沿光柵位置的函數(shù)。所以復(fù)合材料粘接接頭脫粘的 位置和擴展可通過與啁啾光柵相對應(yīng)的波長處反射光譜局部光強的下 降來進行確定的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對復(fù)合材料膠接接頭無法拆裝進行結(jié)構(gòu)完整性監(jiān)測的難 題，將啁啾光柵傳感器(CFBG)置入復(fù)合材料膠接接頭結(jié)構(gòu)內(nèi)部，通 過實時監(jiān)測光柵反射光譜的變化情況，實現(xiàn)對膠接接頭脫粘產(chǎn)生、擴展 及定位的實時監(jiān)測，從而為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的疲勞評估和安全使用奠定了 基礎(chǔ)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：復(fù)合材料膠結(jié)接頭脫 粘擴展的啁啾光柵監(jiān)測方法，其步驟如下：

(1)制作碳纖維(玻璃纖維)復(fù)合材料正交層板，其鋪層次序為 [0°₂/90°₄/0°₂]，每層厚度為0.25mm。將帶有啁啾光柵傳感器的光纖埋入 復(fù)合材料正交層板的0°層內(nèi)，與90°層相鄰，光柵距離膠結(jié)層的距離為 0.5mm。

(2)將已包含啁啾光柵傳感器的被粘接板材的端部切割整齊，保 證啁啾光柵傳感器的低波長端部接近切割后被粘接板端部。

(3)用埋入啁啾光柵傳感器的復(fù)合材料正交層板粘接復(fù)合材料層 板(或金屬板)，根據(jù)膠結(jié)接頭長度不同，可選用啁啾光柵傳感器的光 柵長度為15mm，30mm，45mm，60mm，粘接寬度和長度按設(shè)計要求。

(4)啁啾光柵傳感器通過光纖和耦合器相連，然后耦合器通過光 纖和寬帶光源相連，耦合器通過光纖和光纖傳感分析儀相連，光纖傳感 分析儀通過普通數(shù)據(jù)線和計算機分析系統(tǒng)相連。

(5)恒溫條件下，疲勞試驗中，利用光纖傳感分析儀監(jiān)測不同疲 勞周期時啁啾光柵反射光譜，然后輸入計算機分析系統(tǒng)。

(6)在坐標(biāo)系中調(diào)整啁啾光柵長度與埋入前的啁啾光柵反射光譜 的FWQM(帶寬)相一致，此時啁啾光柵反射光譜中，光強(反射率) 下降的點對應(yīng)的波長位置及波長對應(yīng)的光柵位置，就是復(fù)合材料粘接結(jié) 構(gòu)脫粘起始點對應(yīng)的位置。

本發(fā)明方法簡單，成本低廉，可以方便的檢測出復(fù)合材料膠結(jié)接頭 脫粘的起始點和最終脫粘擴展的變化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作原理簡圖。

具體實施方式

在圖1中，符號1代表啁啾光柵傳感器；符號2代表復(fù)合材料正交 層板；符號3代表耦合器；符號4代表光纖；符合5代表寬帶光源；符 號6代表光纖傳感分析儀；符號7代表計算機分析系統(tǒng)。

如圖1所示：復(fù)合材料膠結(jié)接頭脫粘擴展的啁啾光柵監(jiān)測方法，其 步驟如下：