三維編織復(fù)合材料被大量用于航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在航空服役過(guò)程中需承受各種復(fù)雜載荷。測(cè)量三維編織復(fù)合材料內(nèi)部原位應(yīng)變,將其應(yīng)用于建立材料失效預(yù)警系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)。在三維編織復(fù)合材料內(nèi)部埋植光纖Bragg光柵傳感器和在材料表面粘貼應(yīng)變片,同時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)部和表面原位應(yīng)變。構(gòu)建均質(zhì)模型和細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型,采用有限元方法分析內(nèi)部原位應(yīng)變場(chǎng)分布,有限元分析結(jié)果和試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果吻合性較好。發(fā)現(xiàn)在準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸載荷作用下,三維編織復(fù)合材料不同位置原位應(yīng)變值產(chǎn)生變化。三維編織復(fù)合材料軸向正中間截面應(yīng)變分布較為均勻;內(nèi)單胞處原位應(yīng)變略大于面單胞處原位應(yīng)變（最大差值約0.08%）;外表面原位應(yīng)變大于面單胞處原位應(yīng)變（最大差值約0.1%）。在三維編織復(fù)合材料航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,需要充分考慮并合理使用三維編織復(fù)合材料不同位置的應(yīng)變值,使材料設(shè)計(jì)和利用效率最大化。 

【文章來(lái)源】：航空制造技術(shù). 2020,63(15)

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固化后橫截面Fig.3Cross-sectionaftercuring顯微鏡照片（b）SEM照片100μm

uralHealthMonitoring2020年第63卷第15期·航空制造技術(shù)732.4拉伸測(cè)試試件FBG傳感器柵區(qū)埋植在復(fù)合材料的位置為：試件軸向正中間位置的面單胞和內(nèi)單胞處，如圖4所示，可以看出，三維編織復(fù)合材料的角紗（角單胞）占比很小，因此忽略。本試驗(yàn)共制備3種試樣，分別記為No_FBG（未內(nèi)置FBG傳感器試樣）、FBG_S、FBG_I。其中，“FBG”表示內(nèi)置FBG傳感器的試樣，“S”、“I”分別表示復(fù)合材料面單胞和內(nèi)單胞位置。在試樣中光柵柵區(qū)所對(duì)應(yīng)的外表面粘貼應(yīng)變片，如圖4和圖5所示。2.5準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸測(cè)試本試驗(yàn)采用810萬(wàn)能材料測(cè)試系統(tǒng)（MTS）對(duì)三維編織復(fù)合材料試樣進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸測(cè)試，試樣拉伸速度為2mm/min。FBG傳感器信號(hào)調(diào)制和波長(zhǎng)解調(diào)采用sm125型光纖光柵解調(diào)儀。應(yīng)變片信號(hào)采集采用安捷倫KEYSIGHT34970A/34972A數(shù)據(jù)采集儀，該儀器可高精度直接線性測(cè)量應(yīng)變片電阻。測(cè)試儀器如圖6所示。本試驗(yàn)在恒溫下進(jìn)行，測(cè)試過(guò)程中，室內(nèi)溫、濕度無(wú)明顯變化。試樣為準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測(cè)試，拉伸速率緩慢，材料在失效過(guò)程中不會(huì)在瞬間釋放大量熱，因此溫度對(duì)本試驗(yàn)無(wú)影響，F(xiàn)BG傳感器和應(yīng)變片不進(jìn)行溫度補(bǔ)償。三維編織復(fù)合材料有限元模型1均質(zhì)模型三維編織復(fù)合材料由碳纖維束表2三維編織復(fù)合材料基本參數(shù)Table2Parametersfor3Dbraidedcomposites類型參數(shù)纖維體積分?jǐn)?shù)Vf/%40編織角α/（°）41FBG傳感器軸向/應(yīng)變片粘貼方向/（°）0515040100200mm面單胞位置內(nèi)單胞位置FBG應(yīng)變片應(yīng)變片F(xiàn)BG傳感器接頭FBG_S圖4傳感器所處位置示意圖Fig.4Schemeofpositionsofsen

FBG”表示內(nèi)置FBG傳感器的試樣，“S”、“I”分別表示復(fù)合材料面單胞和內(nèi)單胞位置。在試樣中光柵柵區(qū)所對(duì)應(yīng)的外表面粘貼應(yīng)變片，如圖4和圖5所示。2.5準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸測(cè)試本試驗(yàn)采用810萬(wàn)能材料測(cè)試系統(tǒng)（MTS）對(duì)三維編織復(fù)合材料試樣進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)單軸拉伸測(cè)試，試樣拉伸速度為2mm/min。FBG傳感器信號(hào)調(diào)制和波長(zhǎng)解調(diào)采用sm125型光纖光柵解調(diào)儀。應(yīng)變片信號(hào)采集采用安捷倫KEYSIGHT34970A/34972A數(shù)據(jù)采集儀，該儀器可高精度直接線性測(cè)量應(yīng)變片電阻。測(cè)試儀器如圖6所示。本試驗(yàn)在恒溫下進(jìn)行，測(cè)試過(guò)程中，室內(nèi)溫、濕度無(wú)明顯變化。試樣為準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測(cè)試，拉伸速率緩慢，材料在失效過(guò)程中不會(huì)在瞬間釋放大量熱，因此溫度對(duì)本試驗(yàn)無(wú)影響，F(xiàn)BG傳感器和應(yīng)變片不進(jìn)行溫度補(bǔ)償。三維編織復(fù)合材料有限元模型1均質(zhì)模型三維編織復(fù)合材料由碳纖維束表2三維編織復(fù)合材料基本參數(shù)Table2Parametersfor3Dbraidedcomposites類型參數(shù)纖維體積分?jǐn)?shù)Vf/%40編織角α/（°）41FBG傳感器軸向/應(yīng)變片粘貼方向/（°）0515040100200mm面單胞位置內(nèi)單胞位置FBG應(yīng)變片應(yīng)變片F(xiàn)BG傳感器接頭FBG_S圖4傳感器所處位置示意圖Fig.4Schemeofpositionsofsensors圖5試樣實(shí)物圖Fig.5Photographofsample應(yīng)變片引線FBG-TMTSsm12534972A數(shù)據(jù)采集儀圖6試驗(yàn)測(cè)試儀器Fig.6Equipmentfortesting和環(huán)氧樹(shù)脂兩相材料復(fù)合成的一體化結(jié)構(gòu)，由FBG傳感器測(cè)量的內(nèi)部應(yīng)變和應(yīng)變片測(cè)量的表面應(yīng)變均針對(duì)于復(fù)合材料一體化結(jié)構(gòu)，而不是單

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3426165