[發(fā)明專(zhuān)利]復(fù)合材料熱壓固化過(guò)程的多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711402069.7
• 申請(qǐng)日: 2017-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107941283A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湛利華;康旭輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 長(zhǎng)沙七源專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙)43214
• 代理人: 周曉艷,張文君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程與材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合材料熱壓固化過(guò)程的多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及方法。

背景技術(shù)

先進(jìn)復(fù)合材料具有密度小、比強(qiáng)度高、比模量高、耐高溫、抗疲勞等顯著優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域。在復(fù)合材料制件的熱壓固化成型過(guò)程中，溫度、壓力、應(yīng)變和應(yīng)力四個(gè)參數(shù)最為重要，制件的成型質(zhì)量與溫度和壓力密切相關(guān)，殘余應(yīng)力的存在對(duì)制件的力學(xué)性能的影響也極大，同時(shí)，熱壓固化過(guò)程中復(fù)合材料內(nèi)部往往會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)變而產(chǎn)生缺陷并導(dǎo)致固化變形，嚴(yán)重影響復(fù)合材料制件的物理性能。因此有必要對(duì)復(fù)合材料制件的整個(gè)固化過(guò)程實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的實(shí)時(shí)協(xié)同在線監(jiān)測(cè)，擴(kuò)充現(xiàn)有監(jiān)測(cè)范圍，以探究各物理參量對(duì)復(fù)合材料制件成型質(zhì)量的影響。

目前對(duì)復(fù)合材料熱壓固化過(guò)程實(shí)施監(jiān)測(cè)，一方面缺乏溫度、壓力、應(yīng)變和應(yīng)力等多參數(shù)協(xié)同在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)往往都是針對(duì)有限的某一、二種參數(shù)，另一方面在參數(shù)的監(jiān)測(cè)方法上也存在著一些不足。如對(duì)于應(yīng)力監(jiān)測(cè)，目前采用的方法有應(yīng)變片包埋法、曲率法、光纖布拉格光纖法等，其中曲率法可直接計(jì)算出應(yīng)力，但卻不能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，應(yīng)變片包埋法可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但是只適用于對(duì)稱(chēng)鋪層，且不能直接監(jiān)測(cè)出應(yīng)力；對(duì)于應(yīng)變監(jiān)測(cè)，原有使用較為成熟的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，多是采用光纖傳感器的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，這些監(jiān)測(cè)方法所用的傳感器成本較高，操作難度系數(shù)大，且存在應(yīng)變-溫度交叉敏感問(wèn)題；對(duì)于壓力監(jiān)測(cè)，原有的監(jiān)測(cè)方法有使用微型壓力傳感器，但是為了測(cè)試樹(shù)脂壓力，傳感器必須埋入復(fù)合材料制件中，而相對(duì)于纖維尺寸，這類(lèi)壓力傳感器太大以至于影響了樹(shù)脂的流動(dòng)和纖維的正常排序，無(wú)法真實(shí)反應(yīng)樹(shù)脂壓力的實(shí)際變化情況。

因此，需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)多參數(shù)實(shí)時(shí)協(xié)同在線監(jiān)測(cè)，且監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度高、靈敏性好、可連續(xù)、真實(shí)反映整個(gè)固化過(guò)程復(fù)合材料各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際情況的復(fù)合材料熱壓固化過(guò)程的多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及方法以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多參數(shù)實(shí)時(shí)協(xié)同在線監(jiān)測(cè)，且監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度高、靈敏性好、可連續(xù)、真實(shí)反映整個(gè)固化過(guò)程復(fù)合材料各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際情況的復(fù)合材料熱壓固化過(guò)程的多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及方法，具體技術(shù)方案如下：

一種復(fù)合材料熱壓固化過(guò)程的多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括溫度傳感器、光纖光柵傳感器、光纖光柵解調(diào)儀、壓力傳感器、數(shù)據(jù)記錄儀和上位機(jī)；

所述溫度傳感器的測(cè)量端、光纖光柵傳感器的柵區(qū)和壓力傳感器的測(cè)量端均埋入放置在熱壓罐內(nèi)待監(jiān)測(cè)復(fù)合材料的被測(cè)點(diǎn)；

所述溫度傳感器的信號(hào)傳輸端與數(shù)據(jù)記錄儀相連且所述數(shù)據(jù)記錄儀通過(guò)數(shù)據(jù)線接入上位機(jī)，用于傳輸采集獲取的溫度數(shù)據(jù)；

所述光纖光柵傳感器的信號(hào)傳輸端與光纖光柵解調(diào)儀相連且所述光纖光柵解調(diào)儀通過(guò)數(shù)據(jù)線接入上位機(jī)，用于傳輸采集獲取的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)；

所述壓力傳感器的信號(hào)傳輸端與所述數(shù)據(jù)記錄儀相連且所述數(shù)據(jù)記錄儀通過(guò)數(shù)據(jù)線接入上位機(jī)，用于傳輸采集獲取的壓力數(shù)據(jù)；

所述上位機(jī)中設(shè)有多參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，用于執(zhí)行熱壓固化過(guò)程中的參數(shù)監(jiān)測(cè)，所述多參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊包括溫度監(jiān)測(cè)子模塊、波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)子模塊、應(yīng)變監(jiān)測(cè)子模塊、壓力監(jiān)測(cè)子模塊、材料力學(xué)參數(shù)計(jì)算子模塊和應(yīng)力監(jiān)測(cè)子模塊。

以上技術(shù)方案優(yōu)選的，所述溫度監(jiān)測(cè)子模塊用于熱壓固化過(guò)程中溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、存儲(chǔ)和顯示；所述波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)子模塊用于熱壓固化過(guò)程中波長(zhǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、存儲(chǔ)和顯示；

所述應(yīng)變監(jiān)測(cè)子模塊用于熱壓固化過(guò)程中應(yīng)變數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、存儲(chǔ)和顯示，所述應(yīng)變數(shù)據(jù)通過(guò)所述溫度監(jiān)測(cè)子模塊獲得的溫度數(shù)據(jù)和所述波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)子模塊獲得的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算得到，計(jì)算公式為表達(dá)式：

其中，ε_ij為j時(shí)刻被測(cè)點(diǎn)i處的應(yīng)變值，K_ε為應(yīng)變敏感系數(shù)，W_ij為j時(shí)刻被測(cè)點(diǎn)i處的波長(zhǎng)值，W_i0為被測(cè)點(diǎn)i處的波長(zhǎng)初始值，K_T為溫度敏感系數(shù)，T_ij為j時(shí)刻被測(cè)點(diǎn)i處的溫度值，T_i0為被測(cè)點(diǎn)i處的溫度初始值；

所述壓力監(jiān)測(cè)子模塊用于熱壓固化過(guò)程中壓力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、存儲(chǔ)和顯示；