[发明专利]一种基于FBG传感器的复合材料修补结构裂纹实时监测方法

说明书

本发明涉及一种基于FBG传感器的复合材料修补结构裂纹实时监测方法，包括以下步骤，步骤1：选择试验件；步骤2：对试样件进行结构力学分析，分析试样件两端的受力情况；步骤3：根据有限元仿真结果在铝合金薄板(2A12薄板)上铺贴FBG传感器；步骤4：将复合材料修补后的贴有FBG传感器的铝合金薄板安装在疲劳试验机上进行疲劳裂纹扩展试验；步骤5：分析裂纹尖端安装FBG传感器后波长变化情况；步骤6：重复步骤1‑5。本发明以对裂纹扩展过程进行实时监测，与其他方法相比，更直观有效。此外本发明采用的光纤布拉格光栅传感器具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、可靠性高、与复合材料兼容性好等优点。

技术领域

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种基于FBG传感器的复合材料修补结构裂纹实时监测方法。

背景技术

航空结构金属材料中铝合金材料的使用十分广泛，铝合金出现裂纹进行复合材料修补后，其裂纹并没有消失，目前针对铝合金损伤结构复合材料修补后裂纹扩展的监测问题，仍没有一种十分成熟的监控方法。一旦修补结构出现裂纹，如果不能进行有效的监控会造成极为严重的后果。

复合材料修补结构裂纹尖端的应变分布具有明显的不均匀特性，当FBG传感器在其轴向长度方向上受到非均匀应变时，反射光谱的波长会发生变化。且应变梯度不同，其光谱波长变化程度不同。将复合材料修补结构待监测部位简化，并进行有限元分析得到不同裂纹长度下的应变分布，据此确定传感器的布局，沿裂纹扩展方向布置若干传感器，提取反射光谱变化的特征参量，建立波长变化与裂纹扩展长度的定量关系，从而实现在裂纹扩展时裂纹的实时监测。

结构健康监测技术作为一种通过智能传感器监测结构健康状况的技术，与传统的无损检测相比可以实现实时在线监测的功能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种可以实现实时在线监测的功能的基于FBG传感器的复合材料修补结构裂纹实时监测方法。

本发明是一种基于FBG传感器的复合材料修补结构裂纹实时监测方法，这种裂纹的扩展方向与主应力的方向垂直。

本发明一种基于FBG传感器的复合材料修补结构裂纹实时监测方法，步骤如下：

步骤1：选择试验件，在试样件中心区域预制中心孔并在孔边两侧预制预定长度裂纹；

步骤2：对试样件进行结构力学分析，分析试样件两端的受力情况，并对试样件进行有限元仿真分析，确定该裂纹扩展到具体长度下的裂纹尖端区域的应力分布情况；

步骤3：根据有限元仿真结果在铝合金薄板(2A12薄板)上铺贴FBG传感器，具体为与裂纹扩展方向垂直方向上铺贴FBG传感器，并进行复合材料补片铺贴固化；

步骤4：将复合材料修补后的贴有FBG传感器的铝合金薄板安装在疲劳试验机上进行疲劳裂纹扩展试验，在疲劳试验机加载前，采集FBG传感器的原始波长作为初始信号；

随着疲劳加载的进行，疲劳裂纹开始扩展，此时通过裂纹扩展仪观察裂纹扩展情况，并记录不同循环次数时的裂纹扩展长度，同时通过软件实时记录FBG传感器采集的信号；

步骤5：完成试验后，对FBG传感器采集的信号数据进行处理，并和裂纹扩展仪测量的裂纹扩展长度进行对比，分析裂纹尖端安装FBG传感器后波长变化情况；

步骤6：重复步骤1-5，并针对不同试样下FBG传感器采集到的响应信号进行分析，验证步骤5中建立的方法；

步骤7：实现裂纹的实时监测；实际监测过程中，根据不同位置FBG传感器波长变化情况不同，判别裂纹是否扩展到该传感器位置，实现实时监测裂纹扩展情况的功能。