基于界面分析的光纖智能復合材料結構強度性能研究.pdf

1、由于具有抗電磁干擾、靈敏度高、便于成網、尺寸小、易于埋放以及能夠在高溫等惡劣環(huán)境下工作等特點，光纖傳感系統(tǒng)可以埋放于復合材料中構成智能結構。光纖智能結構可以實時探測結構內部的損傷情況，從而能夠對結構進行監(jiān)測和壽命預測。然而埋入的光纖不僅起感知內外部環(huán)境變化的作用，同時還要受載荷作用，此外，光纖的埋入會在一定程度上損壞基體結構材料的完整性和連續(xù)性，因此很有必要將光纖當作內置材料，研究光纖與基體材料之間力學性能的相互影響問題。
　　

2、 論文研究光纖與纖維增強材料及基體之間形成的界面，研究了界面對光纖智能復合材料結構力學性能的影響。提出了提高界面強度和改善界面結構的方法，其中措施之一就是采用小直徑光纖構建智能結構，因此論文還研究了小直徑光纖的制作和其傳感性能，并將其應用到復合材料監(jiān)測中。
　　 文中主要研究工作有以下幾個方面：
　　 (1)研究了光纖智能復合材料結構的宏觀力學性能。實驗研究了光纖智能復合材料結構的拉伸性能和彎曲性能，分析光纖對材料力學性

3、能產生影響的因素，提出光纖埋入時，應盡可能避免光纖方向和增強纖維鋪設方向正交，以達到優(yōu)化結構提高性能的目的，為光纖智能復合材料結構制作提供了實驗數據參考。
　　 (2)從細觀角度出發(fā)，設計了實驗方案，研究了光纖和基體材料間界面剪切強度，并從界面處理角度，提出采用偶聯(lián)處理方法來提高光纖智能復合材料結構力學性能的方法。界面實驗研究結果表明，無機材料光纖和聚合物材料間界面剪切強度低，結構承載時易發(fā)生界面破壞，從而降低整體力學性能。壓縮

4、性能實驗對比結果表明，通過偶聯(lián)劑的媒介作用，使光纖和有機材料(即光纖涂覆層和樹脂材料)間的界面形成化學鍵，可以大大提高黏結強度，從而有效提高光纖智能復合材料的力學性能。
　　 (3)研究了光纖與復合材料之間界面結構，分析了界面結構尺寸與智能復合材料結構力學性能之間的關系。提出可通過減小埋入光纖尺寸，從而減小其和基體間界面尺寸，降低界面尖端應力奇異值，達到提高整體性能的目的。
　　 (4)研制了小直徑光纖Bragg光柵，并

5、對其應變傳感和溫度特性進行了實驗研究。根據耦合模理論，對光纖Bragg光柵的光譜進行了仿真。研究了光柵長度與折射率調制周期改變情況下，F(xiàn)BG的反射、透射光譜，為光柵傳感特性的研究提供了理論基礎。設計了小直徑單模光纖加工布拉格光柵的技術參數以及小直徑光纖光柵和設備間連接方式。由于光纖Bragg光柵中心波長的變化量與應變變化或溫度變化成線性關系，所以可以通過監(jiān)測光纖Bragg光柵中心波長的變化來監(jiān)測結構的應變和溫度。為了克服溫度和應變對光纖