category: Композиционные материалы
УДК 620.1:678.8
Makhsidov V.V.1, Mukhametov R.R.1
ВЛИЯНИЕ ОБОЛОЧКИ ОПТОВОЛОКНА НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛА С ПОМОЩЬЮ ИНТЕГРИРОВАННЫХ ВОЛОКОННЫХ БРЭГГОВСКИХ РЕШЕТОК
Волоконные брэгговские решетки (ВБР) являются перспективной основой датчиков определения деформации и начинают все шире применяться в измерительных системах для различных конструкций. Более того, исследуется возможность применения таких ВБР в системе встроенного контроля элементов конструкций из полимерных композиционных материалов в ряде отраслей промышленности, в частности для элементов конструкций авиационного назначения. Введение в структуру композиционных материалов дополнительных элементов (сенсоров) приводит к появлению дополнительных границ раздела, в результате чего встраиваемый элемент способствует возникновению дополнительной структурной неоднородности и может оказаться источником снижения прочности композита, а также сказаться на механических свойствах материала в целом. В данной работе опробован способ измерения деформации образцов углепластика с помощью интегрированной ВБР, в основе которого лежит метод калибровки, и показано влияние типа защитной полимерной оболочки оптоволокна на точность и стабильность определения деформации материала. Показано, что измерение деформации предложенным способом дает сравнимые результаты с измерениями с помощью экстензометра и тензодатчика.
Keywords: оптоволокно, волоконная брэгговская решетка, деформация, углепластик, защитная оболочка, адгезия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фролов А.С., Панин С.В. Оценка параметров влагопереноса углепластика авиационного назначения на начальной стадии натурной климатической экспозиции // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2014. №7. Ст. 08. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 08.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-7-8-8.
2. Панин С.В., Старцев О.В., Кротов А.С. Диагностика начальной стадии климатического старения ПКМ по изменению коэффициента диффузии влаги // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2014. №7. Ст. 09. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 08.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-7-9-9.
3. Каблов Е.Н. Шестой технологический уклад // Наука и жизнь. 2010. №4. С. 2–7.
4. Димитриенко Ю.И., Губарева Е.А., Сборщиков С.В., Ерасов В.С., Яковлев Н.О. Численное моделирование и экспериментальное исследование деформирования упругопластических пластин при смятии // Математическое моделирование и численные методы. 2015. №1 (5). С. 67–82.
5. Ерасов В.С., Яковлев Н.О., Нужный Г.А. Квалификационные испытания и исследования прочности авиационных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 440–448.
6. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
7. Гуляев И.Н., Гуняев Г.М., Раскутин А.Е. Полимерные композиционные материалы с функциями адаптации и диагностики состояния // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 242–253.
8. Гуляев И.Н., Гуняев Г.М. Использование непрерывных армирующих волокон в качестве тензорезисторных сенсорных элементов // Авиационные материалы и технологии. 2010. №2. С. 22–27.
9. Каблов Е.Н., Сиваков Д.В., Гуляев И.Н. и др. Методы исследования конструкционных композиционных материалов с интегрированной электромеханической системой // Авиационные материалы и технологии. 2010. №4. С. 17–20.
10. Васильев С.А., Медведков И.О., Королев И.Г. и др. Волоконные решетки показателя преломления и их применение // Квантовая электроника. 2005. Т. 35. №12. С. 1085–1103.
11. Способ измерения деформации конструкции из композиционного материала: пат. 2427795 Рос. Федерация; опубл. 03.12.09.
12. Kersey A.D., Davis M.A., Patrick H.J. et al. Fiber grating sensors // J. Lightwave Technol. 1997. Vol. 15. P. 1442–1463.
13. Takeda N. Fiber optic sensor-based SHM technologies for aerospace applications in Japan // Proc. SPIE 6933 «Smart Sensor Phenomena, Technology, Networks, and Systems». 2008.
14. Takeda N., Tajima N., Sakurai T., Kishi T. Recent advances in composite fuselage demonstration program for damage and health monitoring in Japan // Structural control and health monitoring. 2005. Vol. 12. Р. 245–255.
15. Childers B.A., Froggatt M.E., Allison S.G. et al. Use of 3000 Bragg grating strain sensors distributed on four 8-m optical fibers during static load tests of a composite structure // Proc. SPIE 4332 «Smart Structures and Materials–2001»: Industrial and Commercial Applications of Smart Structures Technologies. 2001. Р. 133–142.
16. Hill K.O., Meltz G. Fiber Bragg grating technology fundamentals and overview //J. Lightwave Technol. 1997. Vol. 15. P. 1263–1276.
17. Махсидов В.В., Федотов М.Ю., Шиенок А.М., Зуев М.А. К вопросу об интеграции оптоволокна в ПКМ и измерении деформации материала с помощью волоконных брэгговских решеток // Механика композиционных материалов и конструкций. 2014. Т. 20. №4. С. 568–584.
18. Махсидов В.В., Яковлев Н.О., Ильичев А.В., Шиенок А.М. Измерение деформации углепластика с помощью интегрированных в его структуру волоконных брэгговских решеток // Механика композиционных материалов и конструкций. 2015. Т. 21. №3. С. 360–369.
19. Roberts S.S.J., Davidson R. Mechanical properties of composite materials containing embedded fiber-optic sensors // Proc. SPIE «Fiber Optic Smart Structures and Skins IV». 1991. DOI: 10.1117/12.50193.
20. Leduc D., Lecieux Y., Morvan P.-A., Lupi C. Architecture of optical fiber sensor for the simultaneous measurement of axial and radial strains // Smart Mater. Struct. 2013. Vol. 22. P. 9.
21. Bertholds A., Dandliker R. Determination of the individual strain-optic coefficients in single-mode optical fibers // J. Lightwave Technol. 1988. Vol. 6. P. 17–20.
2. Панин С.В., Старцев О.В., Кротов А.С. Диагностика начальной стадии климатического старения ПКМ по изменению коэффициента диффузии влаги // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2014. №7. Ст. 09. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 08.11.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-7-9-9.
3. Каблов Е.Н. Шестой технологический уклад // Наука и жизнь. 2010. №4. С. 2–7.
4. Димитриенко Ю.И., Губарева Е.А., Сборщиков С.В., Ерасов В.С., Яковлев Н.О. Численное моделирование и экспериментальное исследование деформирования упругопластических пластин при смятии // Математическое моделирование и численные методы. 2015. №1 (5). С. 67–82.
5. Ерасов В.С., Яковлев Н.О., Нужный Г.А. Квалификационные испытания и исследования прочности авиационных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 440–448.
6. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
7. Гуляев И.Н., Гуняев Г.М., Раскутин А.Е. Полимерные композиционные материалы с функциями адаптации и диагностики состояния // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 242–253.
8. Гуляев И.Н., Гуняев Г.М. Использование непрерывных армирующих волокон в качестве тензорезисторных сенсорных элементов // Авиационные материалы и технологии. 2010. №2. С. 22–27.
9. Каблов Е.Н., Сиваков Д.В., Гуляев И.Н. и др. Методы исследования конструкционных композиционных материалов с интегрированной электромеханической системой // Авиационные материалы и технологии. 2010. №4. С. 17–20.
10. Васильев С.А., Медведков И.О., Королев И.Г. и др. Волоконные решетки показателя преломления и их применение // Квантовая электроника. 2005. Т. 35. №12. С. 1085–1103.
11. Способ измерения деформации конструкции из композиционного материала: пат. 2427795 Рос. Федерация; опубл. 03.12.09.
12. Kersey A.D., Davis M.A., Patrick H.J. et al. Fiber grating sensors // J. Lightwave Technol. 1997. Vol. 15. P. 1442–1463.
13. Takeda N. Fiber optic sensor-based SHM technologies for aerospace applications in Japan // Proc. SPIE 6933 «Smart Sensor Phenomena, Technology, Networks, and Systems». 2008.
14. Takeda N., Tajima N., Sakurai T., Kishi T. Recent advances in composite fuselage demonstration program for damage and health monitoring in Japan // Structural control and health monitoring. 2005. Vol. 12. Р. 245–255.
15. Childers B.A., Froggatt M.E., Allison S.G. et al. Use of 3000 Bragg grating strain sensors distributed on four 8-m optical fibers during static load tests of a composite structure // Proc. SPIE 4332 «Smart Structures and Materials–2001»: Industrial and Commercial Applications of Smart Structures Technologies. 2001. Р. 133–142.
16. Hill K.O., Meltz G. Fiber Bragg grating technology fundamentals and overview //J. Lightwave Technol. 1997. Vol. 15. P. 1263–1276.
17. Махсидов В.В., Федотов М.Ю., Шиенок А.М., Зуев М.А. К вопросу об интеграции оптоволокна в ПКМ и измерении деформации материала с помощью волоконных брэгговских решеток // Механика композиционных материалов и конструкций. 2014. Т. 20. №4. С. 568–584.
18. Махсидов В.В., Яковлев Н.О., Ильичев А.В., Шиенок А.М. Измерение деформации углепластика с помощью интегрированных в его структуру волоконных брэгговских решеток // Механика композиционных материалов и конструкций. 2015. Т. 21. №3. С. 360–369.
19. Roberts S.S.J., Davidson R. Mechanical properties of composite materials containing embedded fiber-optic sensors // Proc. SPIE «Fiber Optic Smart Structures and Skins IV». 1991. DOI: 10.1117/12.50193.
20. Leduc D., Lecieux Y., Morvan P.-A., Lupi C. Architecture of optical fiber sensor for the simultaneous measurement of axial and radial strains // Smart Mater. Struct. 2013. Vol. 22. P. 9.
21. Bertholds A., Dandliker R. Determination of the individual strain-optic coefficients in single-mode optical fibers // J. Lightwave Technol. 1988. Vol. 6. P. 17–20.
Вы можете оставить комментарий к статье. Для этого необходимо зарегистрироваться на сайте.
