基于光纤光栅传感的复合材料蒙皮结构修补监测研究

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1、学术论文RESEARCH*基于光纤光栅传感的复合材料蒙皮结构修补监测研究ResearchofRepairMonitoringforCompositesSkinStructureBasedonFiberGratingSensing上海东海职业技术学院汤珺上海交通大学空天科学技术研究院赵海涛[摘要]复合材料结构粘接修补是一项被广泛应粘接强度具有不利的影响，粘接修补检查成为必不可少用的工程技术。采用光纤光栅对复合材料蒙皮结构的的一部分工作。由健康监测系统确定修补质量和长期损伤和粘接修补结构的全过程进行了实时监测，通过理监测修补

2、的耐久力是一种很好的解决办法。论分析与试验相结合，发现光纤光栅传感器可对结构损从经济和结构安全的方面考虑，对结构修补处进行伤进行识别，可对修补结构进行监测，并可评估修补结健康监测，不仅能节约维护成本，还能评估修补后的结[1]构的性能。基于光纤光栅传感的修补结构监测对飞机构完整性，提高安全性。监控复合材料和胶粘剂的固结构的修补评估、保障安全具有实际的工程价值。化循环可以保证其符合技术条件，也能提供主体和修补关键词：光纤光栅复合材料修补监测固化片之间的热应力分布，提供可靠的胶接数据。修补结构监测损伤监测在服役过程中必须要满足

3、可靠性、耐久性和环境适应性[ABSTRACT]Therepairofcompositesstructure的要求，而只有实时在线监测才能够提供真实准确的信isanengineeringtechnologythatiswidelyused.Inthis息。[1]paper,昀iberBragggratingisusedtoreal-timelymonitoringQing等将主动智能补片（以压电陶瓷为传感器）thewholeprocessofthecompositesskinpatchstructure埋入到修补片之间，同

4、修补结构形成一个整体，监测修thatisdamagedandrepaired.Thecombinationoftheoreti-补过程中胶粘剂的固化，察觉早期主体和修补片的脱[2]calanalysisandexperimentshowsthat昀iberBragggrating粘，监测修补片周围在疲劳循环下的损伤。Wu等使sensorscanidentifythedamageofthestructure,monitor用压电传感网络监测修补片和全比例桥模型之间的脱therepairedstructure,andasse

5、sstheperformanceofthe粘，能够获取脱粘的位置和大小。这两项工作对数据的repairedstructure.Themonitoringofrepairedstructure分析均基于压电材料的基本原理。[3]basedon昀iberBragggratinghaspracticalengineeringval-Sekine等将光纤光栅粘贴在铝修补片表面，用测uetothepatchassessmentofaircraftstructuresandsafety量光谱值和数值模拟光谱值之间的最小差分来确定疲[

6、4]assurance.劳裂纹的位置和外形。Fujimoto等用最小残差范数[5]Keywords:FibergratingCompositesRepair方法辨识飞机修补处的裂纹位置和方向。Takeda等monitoringCuremonitoringDamagemonitoring用小直径光栅监测了复合材料修补片和铝基底之间的DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.06.080分层，认为反射谱强度和分层的大小存在着对应的关[6-7]系。Li等用有限元分析了表面扩大面积维修和内航空航天结构、

7、城市基础设施和机械系统等在持续部斜接维修，以此来优化光栅的布设位置，试验表明表[8]使用中会发生疲劳、老化，在此过程中还有可能伴随着面粘贴维修的效果较好。White等基于频率响应的损伤的积累，以及在使用中发生的意外损伤。为了延长SHM技术，应用于判断复合材料粘贴片的脱粘。考虑结构的使用寿命，必然要对结构采取修补措施。了两种普通的修补设计，外部扩大修补和斜接修补，通粘贴修补对于飞机结构的局部损伤是一种合适的过频率响应的变化能很容易发现两种修补类型的损伤。[9]首选方案，这种修补对于恢复结构的极限承载性能提供Kressela

8、等使用光纤光栅监测了修补结构在湿热、分了高效的方法。粘贴修补同螺栓修补相比，有几个明显层情况下受循环载荷的响应。的优势，包括极小地改变空气动力学外形，减轻重量，降本文将光纤光栅传感器粘贴在复合材料蒙皮结构低成本，实现复杂外形的可成型性等。当然，粘贴修补的表面，以及嵌入到修补结构的内部，用于监测在3点也存在一些缺点，除