[发明专利]复合材料热压固化过程的多参数在线监测系统以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程与材料科学领域，具体涉及一种复合材料热压固化过程的多参数在线监测系统以及方法。

背景技术

先进复合材料具有密度小、比强度高、比模量高、耐高温、抗疲劳等显著优点，已经广泛应用于航空航天等高科技领域。在复合材料制件的热压固化成型过程中，温度、压力、应变和应力四个参数最为重要，制件的成型质量与温度和压力密切相关，残余应力的存在对制件的力学性能的影响也极大，同时，热压固化过程中复合材料内部往往会出现复杂的应变而产生缺陷并导致固化变形，严重影响复合材料制件的物理性能。因此有必要对复合材料制件的整个固化过程实现多参数的实时协同在线监测，扩充现有监测范围，以探究各物理参量对复合材料制件成型质量的影响。

目前对复合材料热压固化过程实施监测，一方面缺乏温度、压力、应变和应力等多参数协同在线监测的系统，现有监测往往都是针对有限的某一、二种参数，另一方面在参数的监测方法上也存在着一些不足。如对于应力监测，目前采用的方法有应变片包埋法、曲率法、光纤布拉格光纤法等，其中曲率法可直接计算出应力，但却不能实现在线监测，应变片包埋法可实时监测，但是只适用于对称铺层，且不能直接监测出应力；对于应变监测，原有使用较为成熟的在线监测技术，多是采用光纤传感器的无损检测系统，这些监测方法所用的传感器成本较高，操作难度系数大，且存在应变-温度交叉敏感问题；对于压力监测，原有的监测方法有使用微型压力传感器，但是为了测试树脂压力，传感器必须埋入复合材料制件中，而相对于纤维尺寸，这类压力传感器太大以至于影响了树脂的流动和纤维的正常排序，无法真实反应树脂压力的实际变化情况。

因此，需要一种能够实现多参数实时协同在线监测，且监测准确度高、灵敏性好、可连续、真实反映整个固化过程复合材料各项参数的实际情况的复合材料热压固化过程的多参数在线监测系统以及方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够实现多参数实时协同在线监测，且监测准确度高、灵敏性好、可连续、真实反映整个固化过程复合材料各项参数的实际情况的复合材料热压固化过程的多参数在线监测系统以及方法，具体技术方案如下：

一种复合材料热压固化过程的多参数在线监测系统，包括温度传感器、光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪、压力传感器、数据记录仪和上位机；

所述温度传感器的测量端、光纤光栅传感器的栅区和压力传感器的测量端均埋入放置在热压罐内待监测复合材料的被测点；

所述温度传感器的信号传输端与数据记录仪相连且所述数据记录仪通过数据线接入上位机，用于传输采集获取的温度数据；

所述光纤光栅传感器的信号传输端与光纤光栅解调仪相连且所述光纤光栅解调仪通过数据线接入上位机，用于传输采集获取的波长数据；

所述压力传感器的信号传输端与所述数据记录仪相连且所述数据记录仪通过数据线接入上位机，用于传输采集获取的压力数据；

所述上位机中设有多参数监测模块，用于执行热压固化过程中的参数监测，所述多参数监测模块包括温度监测子模块、波长监测子模块、应变监测子模块、压力监测子模块、材料力学参数计算子模块和应力监测子模块。

以上技术方案优选的，所述温度监测子模块用于热压固化过程中温度数据的实时处理、存储和显示；所述波长监测子模块用于热压固化过程中波长数据的实时处理、存储和显示；

所述应变监测子模块用于热压固化过程中应变数据的实时处理、存储和显示，所述应变数据通过所述温度监测子模块获得的温度数据和所述波长监测子模块获得的波长数据计算得到，计算公式为表达式：

其中，ε_ij为j时刻被测点i处的应变值，K_ε为应变敏感系数，W_ij为j时刻被测点i处的波长值，W_i0为被测点i处的波长初始值，K_T为温度敏感系数，T_ij为j时刻被测点i处的温度值，T_i0为被测点i处的温度初始值；

所述压力监测子模块用于热压固化过程中压力数据的实时处理、存储和显示；