[发明专利]埋入式光纤光栅复合材料环形构件的热压成型监测方法

说明书

本发明涉及一种埋入式光纤光栅复合材料环形构件的热压成型监测方法，用于埋入式光纤光栅复合材料环形构件的残余应力实时监测。方法实施需应用光纤测试传感器、光纤温度传感器、热压罐、光纤导出口、CCD解调仪，计算机及上位机解调软件。通过在复合材料环形构件中埋入光纤光栅，将光纤的另一端从热压罐的光纤导出口中引出，并将其连接到CCD解调仪，在上位机实时监测复合材料环形构件的固化成型状况。本发明还涉及一种复合材料环形构件的表面引出保护，通过在光纤引出部分套上耐高温的四氟毛细管，同时在四氟毛细管的两端涂上密封胶，防止碳纤维预浸料在热压成型过程中流进四氟毛细管内，从而达到保护光纤的效果。

技术领域

本发明涉及一种埋入式光纤光栅复合材料环形构件的热压成型监测方法，具体地说是一种复合材料的热压固化监测方法。

背景技术

随着先进复合材料成型工艺及相关技术的不断提高，以及成本的逐渐降低，复合材料在飞机结构上的应用已经越来越多，成为了必然的发展趋势，将取代金属成为大型飞机复合材料环形构件结构的主体材料。树脂基复合材料的性能在很大程度上取决于复合材料的成型工艺，而在成型工艺中最重要的一个环节就是树脂的固化过程，碳纤维复合材料在固化过程中产生的残余应力会严重影响材料的使用，并且会带来安全隐患，如果能对固化过程中材料内部的温度、压力、应力及应变等各方面的信息进行采集，实现对复合材料成型过程的实时监测，即可控制复合材料成型后的产品质量，以达到高质量均一的复合材料，提高复合材料产品的性能。早期人们就在考虑研究树脂基复合材料的固化过程，其中包括动态差示扫描量热法、介电法、动态弹簧法(DSC)以及红外频谱法等各种方法，但由于这些方法不仅测量精度低、成本高，且仅仅只能对小型的产品进行离线测量，因此，在实际生产中不能得到广泛的应用。

与传统固化监测传感器相比，光纤传感器体积小，灵敏度高，可以方便的埋入预浸料或纤维中，测量其固化过程中的各项参数，且光纤对成型后复合材料的力学性能基本没有影响，具有明显的优势。不同机理的光纤传感器，有不同的固化监测原理，用于树脂基复合材料固化过程监测的主要有以下几种：光纤折射率传感器、红外吸收光谱光纤传感器、光纤微弯传感器、光纤Bragg光栅传感器、光纤Fabry-Perot传感器。

上述各种传感器虽然均能监测树脂基复合材料固化成型过程，但各有其弱点，比如光纤折射率传感器监测复合材料固化过程的整个体系结构简单，成本较低，十分适合在工程现场应用，但其只能定性获得固化信息的特点，限制了它更深入的应用。光纤微弯传感器适用于复合材料的热压成型工艺，传感器结构简单，仪器设备也较为简单，较高的测量重复性，适于工业现场的应用；基于树脂红外吸收光谱分析的光纤红外传输谱传感器可以检测固化化学反应的直接信息，并且可以排除温度、压力等因素的影响，但其无法检测非化学反应因素如树脂流动对复合材料固化的影响，并且光谱分析设备价格高昂；而光纤Bragg光栅传感器被认为是最有发展前途的传感器，它测量精度高，经过改进后能够测量三维应变，是大型复合材料热压成型工艺实时在线监测的最佳方案之一。

发明内容

为了解决上述问题，本发明是提出一种埋入式光纤光栅复合材料环形构件的热压成型监测方法，与传统固化监测传感器相比，光纤传感器体积小，灵敏度高，可以方便地埋入预浸料或纤维中，测量其固化过程中的各项参数，具有明显的优势，采用本监测系统可实现对复合材料环形构件的固化成型过程的实时在线监测，获得复合材料环形构件构件的残余应力变化情况，防止安全隐患的发生。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种埋入式光纤光栅复合材料环形构件的热压成型监测方法，包括：

将复合材料环形构件置于一热压罐内，光纤测试传感器和光纤温度传感器穿设于所述光栅光纤上，光纤测试传感器设置于复合材料环形构件的外侧边缘，光纤温度传感器在热压罐内悬空设置，将光纤光栅一端埋入于复合材料环形构件；

在复合材料环形构件的表面引出部分套上耐高温的四氟毛细管，同时在四氟毛细管的两端涂上密封胶；

将光纤光栅另一端从热压罐的上设置的光纤导出口引出，并连接到CCD解调仪的输入接口；