[实用新型]一种热压固化复合材料制件与模具界面应力监测系统

说明书

本实用新型提供一种热压固化复合材料制件与模具界面应力监测系统，所述系统包括复合材料支撑板、设置在支撑板上待进行热压固化处理的复合材料制件、设置在复合材料制件上方的数据采集薄片以及固定设置在数据采集薄片上表面的应变片，所述数据采集薄片的厚度为0.4mm以下，所述数据采集薄片的周边尺寸大小与所述复合材料制件的周边尺寸大小相同或二者周边尺寸差别均不超过±0.5mm。本实用新型不需要测定复合材料的弹性模量等物性参数，可由模具材料的弹性模量等参数计算出界面剪应力，具有可操作性。

技术领域

本实用新型涉及热压固化制备复合材料领域，具体涉及一种热压固化复合材料制备过程中复合材料制件与模具界面应力在线监测系统。

背景技术

树脂基复合材料以其优良的性能在航空航天、汽车船舶等领域得到广泛的应用。热压罐成型工艺(热压固化制备)被广泛应用于树脂基复合材料的成型制造中。但是复合材料制件在脱模后变形严重，影响其成型精度，影响制件产生变形的因素大致可分为：不均匀固化收缩、树脂和碳纤维的热膨胀系数差异以及模具和制件相互作用引起的残余应力导致制件产生变形，其中最后一个因素尤其值得引起重视。然而，现阶段国内外针对在整个固化过程中模具与制件界面作用的研究较少。有报导使用光纤法检测应力，且具体是在热压固化复合材料制备过程中将光纤埋至复合材料制件与模具界面处。如专利申请201611117838.4中提供一种航天器复合材料结构时效过程内应力监测方法，而专利CN201611146925.2申请提供一种纤维复合材料热模压固化变形光纤监测装置及方法。但光纤法很难在线检监测到应力数据。另外，也有使用应变片监测应力数据的报导，应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。如专利申请CN201610128916.4提供了一种监测复合材料在固化过程中，其与模具相互作用力的方法。该发明中，在复合材料接触的模具表面分布设置多道沟槽，应变传感器埋入沟槽中，传感器测量区域两端与模具固定。将传感器测得的应变信号换算为复合材料与模具之间的应力值，实现固化过程复合材料与模具之间相互作用力的监测。该发明实现了固化过程中复合材料与模具之间的相互作用力的有效监测，为复合材料固化变形预测和控制提供技术支持。该方法中的所述应变传感器为光纤光栅传感器、金属应变片或其它类型应变传感器。但该方法至少存在如下不足：

1)该方法中提及需在埋入传感器后对沟槽做密封处理，这样就会改变模具和复合材料的界面接触状态，影响界面应力测量的真实性；

2)模具上开沟槽处的应力状态可能与其它地方并不相同，因此该方法可能会影响界面应力测试的真实性；

3)对于某些材质的模具开槽难度较大，操作难度大，例如模具为树脂基复合材料材质，在按照该方法加工细小沟槽时难以去除槽内纤维，这会进一步影响影响界面应力测试的真实性；

4)该方法中若用光纤作为传感器，在将光纤引出沟槽时发生弯折，会对测量造成巨大影响。

因此，上述方法存在测量所得的数据能否真实反映模具和复合材料制件间界面应力的问题，同时该方法操作性较差。因而本领域仍然需要开发一种新的热压固化树脂基复合材料制备过程中复合材料制件与模具界面应力监测系统和方法，以准确研究该界面应力进而防止复合材料制件在脱模后严重变形。

实用新型内容

因此，本实用新型首先提供一种热压固化复合材料制件与模具界面应力监测系统，所述系统包括复合材料支撑板、设置在支撑板上待进行热压固化处理的复合材料制件、设置在复合材料制件上方的数据采集薄片以及固定设置在数据采集薄片上表面的应变片，所述数据采集薄片的厚度为0.4mm以下，所述数据采集薄片的周边尺寸大小与所述复合材料制件的周边尺寸大小相同或二者周边尺寸差别均不超过±0.5mm。

在一种具体的实施方式中，所述数据采集薄片的材质为与平常热压固化树脂基复合材料的成型模具的材质一致，且所述数据采集薄片的材质为铝、钢或固化后的树脂基复合材料中的一种。