RTM工艺成型复合材料树脂固化过程残余应变监测研究.pdfVIP

第25 卷 第4 期 航 空 材 料 学 报 Vol. 25 ，No. 4 2005 年8 月 JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS August 2005 RTM 工艺成型复合材料树脂固化过程 残余应变监测研究 1，2 1，2 1 秦 伟 ，吴晓宏 ，曹茂盛 （1. 哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001；2 . 哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001） 摘要：提出了RTM 工艺树脂固化过程残余应变布拉格光栅传感器检测新方法。通过光纤光栅波长偏移与温度和 固化时间之间的关系测试，得到了树脂固化过程中残余应变的变化历程，成功实现了RTM 工艺树脂固化过程中残 余应变的在线监测。实验结果表明，在降温过程中，残余应变的变化与温度的变化呈线性关系，这为复合材料层合 板的残余应力分析提供了实验依据。 关键词：RTM ；布拉格光栅；环氧树脂；固化 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1005-5053（2005 ）04-0050-03 ［1］ RTM 工艺 树脂固化过程中由于材料内部温 时间30s 。固化工艺为 100 ℃ ，1. 5h ；120 ℃ ，4h 。光 度场和固化度场分布不均匀以及树脂基体与增强纤 纤布喇格光栅应变传感器监测复合材料固化过程残 维热膨胀系数不一致等因素会产生残余应力，残余 余应变的实验在干燥箱中进行，光纤光栅应变传感 应力的存在会大幅度降低材料性能，导致复合材料 器预先埋入增强纤维铺层正中间，方向为沿树脂流 基体开裂、断裂韧度低、疲劳强性低以及脱层等现象 动方向。在光纤光栅传感段放置热电偶，用来观测 发生。因此，如果能对树脂固化过程产生的残余应 树脂温度变化。模具注入树脂后在干燥箱中固化， 变进行实时监测，了解其变化历程，通过适当调整工 光纤布喇格光栅应变传感器从模具侧孔引出，采用 艺参数减小残余应力具有很大的实际意义［2 ～ 6 ］。目 FC/ PC 接头与通讯光纤连接。光纤布喇格光栅应 前，关于RTM 树脂固化监测方面的工作比较少，这 变传感器监测信号由布喇格光栅解调仪解调，并直 是由于复合材料残余应力存在于材料内部，一般需 接传送给与其相连接的计算机识别。 要无损检测技术进行测量。光纤布喇格光栅具有体 2 结果与讨论 积小，不会对固化后的复合材料力学性能产生影响、 测量精度高，温度 ［7 ］ / 应变交叉敏感性等优点 。本 2 . 1 光纤布喇格光栅理论基础 研究采用光纤布喇格光栅应变传感器监测RTM 工 光纤布喇格光栅的原理是由于光纤芯区折射率 艺树脂固化过程，测试了光纤光栅波长偏移与温度 周期变化造成光纤波导条件的改变，导致一定波长 和固化时间之间的关系，成功实现了RTM 工艺树脂 的光波发生相应的模式耦合，使得其透射光谱和反 固化过程中残余应变的在线测量，为减少RTM 成型 射光谱对该波长出现奇异性。由耦合理论可知，光 过程中由于树脂热收缩引起的残余应力打下基础。 纤布喇格光栅中心反射波长为： 1 试 验 λB = 2neff∧ （1 ） 式中：n —纤芯有效折射率；—光栅周期。