FBGS在纺织复合材料中检测的可行性及有效性.pdf
《FBGS在纺织复合材料中检测的可行性及有效性.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《FBGS在纺织复合材料中检测的可行性及有效性.pdf(2页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第2 5 卷第3 期 纺 织学报V 0 1 2 5 ,N o 3 2 0 0 4 年6 月J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h J u n ,2 0 0 4 F B G S 在纺织复合材料中检测的可行性及有效性 杨斌1 俞建勇3 ( 东华大学纺织学院,上海,2 0 0 0 5 1 ) 陶肖明2 ( 香港理工大学纺织制衣学院) 摘要:分析了纤维布拉格光栅传感器( F B G s ) 埋入纺织复合材料中的可行性及有效性,结果表明F B G s 埋入复合材料中不影响所 测物体的应变场,在一定条件下,F B G s 所测得的应变和温度能代表所测物体的应变
2、和温度。 关键词:纤维布拉格光栅传感器( F B G s )测量可行性有效性 中图分类号:T s1 0 1 3文献标识码:A文章编号:0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 4 ) 0 3 0 0 4 8 一0 2 随着技术和经济的发展,要求有更多质地轻、强 度高、韧性和柔性好的材料,纺织结构作为增强件的 复合材料较好地满足了这些要求,因而在近几十年 受到广泛重视。为了发展具有坚实基础的结构复合 材料工业,充分发挥纺织结构复合材料的优越性,需 要以先进测试方法来表征各类纺织复合材料的特 性。智能纺织结构复合材料是利用埋人材料中的传 感元件来感受各种信息,经过处理分析,然后指示或 控制驱
3、动件工作。其中光导纤维具有感测和传输双 重功能,具有直径小、质量轻、柔韧易弯曲、传输带宽 高、抗电磁干扰、便于波分及时分复用等优点。用光 纤组成的传感器,可测量温度、压力、速度、流量、位 移、电磁场等“1 多种物理量并具有极高的灵敏度。 在织物结构中植入光纤传感器,可对纺织复合材料 进行质量信息控制,如:纺织复合材料加工过程中在 线监测复合材料内部应力应变场的分布;使用过程 中的安全监测和损伤评定;将控制系统和监测器连 成一体,并对工作环境的变化作出响应。因此光学 智能纺织复合材料在各种工程领域将有重大的应用 前景。另外作为一种科技含量高、高附加值的产品, 光纤智能纺织复合材料还会给纺织业带来
4、巨大的经 济效益。 1 F B G S 埋入纺织复合材料中的可行性 若光纤布拉格光栅( F B G ) 栅距为以,凡。为光纤 纤芯的有效折射率,则注入光波A 满足布拉格衍射 条件A 。= 2 n 。以时,该波长的光波将被反射回,被反 射回的光波就是布拉格反射光。光栅周期或折射率 变化将引起反射光波长的变化。应变引起的膨胀和 收缩使光栅周期发生变化且产生应变一光效应,从而 影响布拉格响应。温度引起的膨胀和收缩使光栅周 期发生变化且产生热光效应,也影响布拉格响应。 光纤光栅的布拉格波长变化出,取决于承受的应变 和温度变化丁。 竿强 一譬h + 詈c 凡:, ) “ 2 + 口等( P l I +
5、2 P 1 2 ) r + r = 乒l + 。r ,= 1 一鲁h :+ ( P + P 。:) l “ 2 S 。= 手+ a 等F ( P l l + 2 尸1 2 ) 式中,厂为传感器的灵敏度系数;为修正的热 光系数;P 。为基体的光应变系数;口为热膨胀系数, e :e 为有效泊松系数。 灵敏度系数随着有效泊松系数的增加而增加, 当用F B G s 作为包埋传感器时,必须就横向应变作 一灵敏度系数校正,否则只有当光纤的横向应变对 基体应变场不敏感时,灵敏度系数才可作为一常数。 2F B G S 埋入纺织复合材料中的有效性 布拉格光栅传感器( F B G s ) 作为一种理想的应 力应变
6、传感器,其有效性是人们所最为关心的,特 别是关于光纤的应变能否影响物体原有的应变场; 另一方面,光纤的应变是否等于物体所测处周围的 应变。为此文献 9 设计了一种特殊情况:作用热载 荷于埋有光纤的物体,然后求解光纤与物体的应变 场。如两者应变场一致,结果理想;如不一致,研究 出影响因素。光纤一般由高分子涂层保护,因此是 求解在恒定热载荷作用下由3 种物质组成的复合体 的应变场得到的结果。设计成3 层复合圆柱体模 型,见图1 ,复合材料由内到外3 层依次是圆柱体光 纤、圆筒体的光纤涂层和物体。这里假设光纤、光纤 涂层和物体是线弹性体,热膨胀系数是常数,界面是 整数;热载荷均匀作用在复合体上,所以
7、其是个轴对 称体,可用对称工具A B A Q u s ,以轴对称双线性四结 点单元( c A x 4 ) 分析半圆柱体。设没有埋光纤时物 体应变为。,以e 。来归一化所有计算出的应变值, 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 4 年第3 期纺织学报【4 9 】 轴向应变e :,则归一化轴向应变e = :e 。由图2 ( a ) ,( b ) ,( c ) ,得到以半径r 为参数的光纤、物体和 光纤涂层应变沿z 轴的空间分布。在光纤内部的 几条
8、曲线基本重合,说明r 的影响小,也就是光纤测 的应变场沿径向是均匀的,应变是z 的函数。因为 光纤的热膨胀系数比物体小1 个多数量级,因此光 纤的应变很大程度上受到物体的限制。由于光纤中 间部分受到限制比两端多,因此光纤中间部分的应 变更接近于未埋光纤传感器物体的应变( e = 1 ) 。物 体应变随z 的变化与光纤的相反,因物体中间的应 变受光纤的约束较大而应变小,而靠边界因约束小 而膨胀充分,总的来讲物体的应变变化很小,而物体 的所有应变均大于0 9 9 5 ,很接近无光纤时物体的 应变。这说明包埋与不包埋光纤传感器物体的应变 非常接近,传感器所测应变代表了所测处的物体的 应变。光纤涂层的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- FBGS 纺织 复合材料 检测 可行性 有效性
链接地址:https://www.31doc.com/p-3655257.html