复合材料损伤检测

隽龙科技 2018-10-09 49

复合材料作为一种重量轻、比模量大、耐腐蚀的新型材料,广泛应用于机械、土木工程等领域。由于其非均质性和各项异性,复合材料容易产生缺陷,且在结构表面可能看不出任何损伤迹象,往往是在使用过程中,经过碰撞、冲击、疲劳累积等因素下才表现出明显的裂纹、分层等损伤。因此,对复合材料健康监测而言,需要及时确定损伤位置,并实时跟踪损伤变化趋势,而这些是目前各种无损检测技术无法完成的。

OSI-S超高精度分布式光纤传感仪的特点

OSI-S是一款超高精度分布式光纤传感设备。其原理基于光频域反射(OFDR)技术,实现50m传感范围内空间分辨率可达1mm,100m传感范围内空间分辨率可达1cm。温度传感精度为±0.1℃,应变传感精度为1.0με。可在一根光纤上同时测量成千上万个传感点,广泛应用于长距离、高分辨率、高精度传感领域。

OSI-S超高精度分布式光纤传感仪

图(1)OSI-S超高精度分布式光纤传感仪

复合材料裂纹发生位置的准确性测量

在一块外观完好的树脂基纤维增强板上布设一根聚酰亚胺光纤。分两路平行布设,一路全胶固定,另一路间隔10cm点胶固定。实验中,采用OSI-S测量样品板应变,将样品板两端固定,中间缓慢施力使其向上拱起。如图(2)光纤布设图:

受力变形后出现明显损伤的样品板

图(2)光纤布设图

图(3)为受力变形后出现明显损伤的样品板,图(4)为施加不同外力时样品板的应变测量结果。从测量结果中可以看出,不同外力作用下,光纤上相同位置出现六个峰且随着外力加大,峰值不断增大。可以判断,样品板上的这六个位置出现了损伤。前三个峰及周围位置应变呈连续变化,位于全胶固定光纤上;后三个峰及周围位置应变呈阶跃变化,位于点胶固定光纤上。峰之间的相对位置与板上损伤相对位置完全吻合,说明这种检测方法能准确定位损伤,测量损伤变化趋势。

光纤布设图

图(3)带有明显损伤的样品板图


施加不同外力时样品板的应变测量结果

图(4)不同外力时样品板应变测量结果

从整个实验中可以看出,OFDR光纤传感技术作为一种无损手段,用于材料损伤检测,具有准确度高、跟踪测量等特点。实际上,OFDR技术不仅能用于材料应变测量及损伤监测,还能实现实时2D/3D形状传感。