基于FBG傳感的CFRP層合板低速沖擊響應監(jiān)測

胡業(yè)發(fā)， 王 彬， 張錦光， 宋春生， 徐仕偉

(武漢理工大學 機電工程學院，湖北 武漢 430070)

0 引言

碳纖維復合材料具有輕質高強、可設計性高的特點，廣泛應用于多個領域，如汽車、飛行器等．然而，碳纖維復合材料在其生命周期內往往會受到各種低速沖擊(沖擊速度小于25 m/s)的影響，如人為踩踏、設備碰撞等．由于復合材料結構本身對沖擊作用比較敏感，這種沖擊很容易在復合材料內部造成損傷．研究表明，低速沖擊損傷會使結構的力學性能下降35%～40%[1]．與高速沖擊(如飛行器的鳥撞沖擊[2]、防彈門的彈頭撞擊[3])不同，低速沖擊造成的損傷往往發(fā)生在復合材料結構的內部，肉眼很難直接觀察到，因此，對于低速沖擊過程必須要通過有效的手段進行監(jiān)測．

近年來，國內外研究人員開始應用FBG傳感器來進行沖擊的監(jiān)測．Tsuda等[4]提出了運用FBG傳感器組建的光纖傳感系統(tǒng)對CFRP層合板沖擊響應進行測量的方法，證明了埋入FBG傳感器對復合材料板結構的整體性影響較小．Takeda等[5]利用光柵研究了層合板在低速沖擊作用下的損傷行為，并結合應變片和超聲C掃描對光柵監(jiān)測層合板內部應變的準確性及與實際損傷的相符性進行了驗證．谷廣偉等[6]通過FBG傳感器對玻璃纖維復合材料層合板的沖擊響應進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)波長變化可以反映層合板的應變情況．武雪等[7]將FBG傳感器埋入碳纖維復合材料層合板中，對復合材料成型過程和單次沖擊進行了監(jiān)測研究．實驗發(fā)現(xiàn)FBG傳感器能有效……