预埋FBG传感器的CFRP受电弓上框架成型工艺研究

本文设计了一种预埋FBG传感器的CFRP受电弓上框架,以某铝合金受电弓上框架的形状和结构尺寸为参考,CFRP受电弓上框架采用全碳纤维复合材料,在保证装配尺寸不变的前提下,对结构进行了优化设计。同时结合复合材料成型工艺的特点,对其进行了铺层设计和成型工艺研究。为获取CFRP受电弓上框架在服役过程中的层间应变信息,根据其设计结构及铺层方案,在制作过程中预埋一定数量的FBG传感器,确定了FBG传感器的布局方式。并对CFRP受电弓上框架预埋FBG传感器的预埋方式和光纤引出保护方式进行研究,选择用塑料套管对表面引出的光纤进行保护,防止光纤损坏。

预埋FBG传感器的CFRP螺旋桨成型工艺研究

设计了一种预埋FBG传感器的分体式金属预埋件桨叶结构的CFRP螺旋桨,该结构桨叶为金属预埋件和碳纤维材料复合而成,相较于纯复合材料螺旋桨叶片,其根部强度更高,后续对该CFRP螺旋桨制作时容易铺放碳纤维预浸布。使用ANSYS ICEM软件和3D打印技术得到11个不同铺层厚度的桨叶三维实体模型,并由此得到不同碳纤维铺层的铺层模板,其形状尺寸与理论设计的更为接近。采用模压成型工艺完成预埋FBG传感器的制备,并对预埋的FBG传感器损坏的原因进行分析,可知使用模压成型工艺制备复合材料结构件,需要采用开槽方式对光纤进行引出、保护,同时对于光纤可能受弯或受较大剪切力的地方,增大其倒角或圆角,防止光纤损坏。

预埋FBG传感器的CFRP轴管成型工艺研究

针对CFRP轴管在服役过程中不可避免地会受到低速冲击和各种弯曲载荷的影响,导致结构内部出现损伤,最终使轴管结构失效造成严重后果的问题,考虑到FBG传感器体积小、与复合材料相容性好的特点,适合埋入到复合材料结构内部监测其健康情况,对预埋FBG传感器的CFRP轴管成型工艺进行研究,制备了预埋FBG传感器的CFRP轴管,采用光纤光栅解调仪检测埋入FBG传感器的存活率为100%。通过三点弯曲实验检验预埋FBG传感器的CFRP轴管成型工艺效果。实验结果表明:埋入FBG传感器后,轴管弯曲性能下降幅度低于3%,证实了所提出的预埋FBG传感器的CFRP轴管成型工艺具备可行性。