【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合材料冲击损伤在线检测装置和检测方法。
技术介绍
纤维复合材料具有高强度、低密度、耐腐蚀、抗疲劳等诸多优点,是航空航天理想结构材料,目前已大量应用于航空航天飞行器,尤其在飞机结构件中,发挥着极其重要的作用。例如,波音787和空客A350XWB飞机中复合材料用量已经超过50%,这其中大部分是碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料。在复合材料层合板的实际应用中,对其结构安全性威胁最大的是外力冲击产生的损伤,尤其是面外横向冲击,复合材料的层间区域力学性能相对较弱,对外力的抵抗能力偏低,极易导致分层损伤,进而降低结构的整体刚度和强度,使复合材料在减重方面的优势得不到体现。根据有关统计,复合材料分层损伤大约占其各种损伤破坏的60%。复合材料遭受冲击后,会产生三种损伤情况:轻微不可视损伤、可视损伤和严重损伤。冲击或静压造成的轻微损伤产生于复合材料内部,很难目视检测,容易引发裂纹扩展和损伤积累,引起分层损伤,这对复合材料安全性构成严重威胁,尤其在航空航天设备中。飞机结构中大量应用碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料,在飞行过程中,飞石冲击、飞鸟撞击、冰雹袭击等冲击过程都会对复合材料产生一定的损伤,尤其那些轻微损伤,材料表面虽然完整无损,但是在结构件内部裂纹开始扩展,损伤已经积累,给飞行留下严重安全隐患。另一方面,在服役过程中由于材料老化、疲劳、静压、机械振动等原因也会引发飞机复合材料结构件微裂纹的产生和扩展,进而损伤 ...
【技术保护点】
一种复合材料冲击损伤在线检测装置,其特征是:包括双引线阵列式光纤光栅、两个光纤耦合器、光纤光栅解调仪和处理器,其中:光源产生激光信号,激光信号经过传导光纤分为两路传输给第一光纤耦合器和第二光纤耦合器,第一光纤耦合器连接双引线阵列式光纤光栅的一端引线,另一端引线连接第二光纤耦合器,形成两个兼具激光入射和反射的端口;双引线阵列式光纤光栅的所有光纤光栅均预埋设于复合材料内部,激光信号与光纤光栅相互作用后,反射激光分别通过两端引线再次进入第一、第二光纤耦合器,第一、第二光纤耦合器输出的光信号进入光纤光栅解调仪,完成信号解调,光纤光栅解调仪连接处理器,处理器根据信号分析复合材料形成的损伤类型、损伤程度及分布情况。
【技术特征摘要】
1.一种复合材料冲击损伤在线检测装置,其特征是:包括双引线阵列式光纤光栅、两个
光纤耦合器、光纤光栅解调仪和处理器,其中:光源产生激光信号,激光信号经过传导光纤
分为两路传输给第一光纤耦合器和第二光纤耦合器,第一光纤耦合器连接双引线阵列式光纤
光栅的一端引线,另一端引线连接第二光纤耦合器,形成两个兼具激光入射和反射的端口;
双引线阵列式光纤光栅的所有光纤光栅均预埋设于复合材料内部,激光信号与光纤光栅相互
作用后,反射激光分别通过两端引线再次进入第一、第二光纤耦合器,第一、第二光纤耦合
器输出的光信号进入光纤光栅解调仪,完成信号解调,光纤光栅解调仪连接处理器,处理器
根据信号分析复合材料形成的损伤类型、损伤程度及分布情况。
2.如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置,其特征是:所述光源为内
置于光纤光栅解调仪的激光器,激光器产生连续调频激光,通过引线进入双引线阵列式光纤
光栅,形成稳定的反射信号。
3.如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置,其特征是:所述双引线阵
列式光纤光栅为双引线结构,每个光栅单元都有两条引线相连,两个引线均能够作为光栅单
元的信号通道,每个光栅只要有一个信号通道就能用于信号检测。
4.如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置,其特征是:所述双引线阵
列式光纤光栅的每条光纤上刻制1-20个不同中心波长的光栅单元,每个光栅单元均是一个独
立的传感器单元,多条刻制了多个光栅的光纤构成光纤光栅传感器阵列。
5.如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置,其特征是:所述处理器配
有冲击损伤检测模块,包括几何建模模块、光纤光栅信号解析模块、复合材料损伤数据库和
冲击损伤反演图形界面,所述几何建模模块,用于对复合材料结构件建模,在复合材料几何
模型中准确标出光栅单元的位置;所述信号解析模块,用于分析光纤光栅解调仪传输过来的
光栅数字信号,运算处理得到复合材料应变和应力变化,然后和复合材料损伤数据库对比,
以判定损伤类型和损伤程度;所述冲击损伤反演图形界面,用于反演出复合材料冲击损伤三
维分布情况并输出。
6.如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置,其特征是:所述双引线阵
列式光纤光栅能检测复合...
【专利技术属性】
技术研发人员:贾玉玺,郭云力,屈鹏,高琳琳,董琪,姜明顺,耿湘宜,隋青美,
申请(专利权)人:山东大学,
类型:发明
国别省市:山东;37
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