一种内含光纤传感器的复合材料预制体成形方法

技术领域

本发明涉及智能复合材料成形技术领域，具体涉及一种内含光纤传感器的复合材料预制体成形方法。

背景技术

由于复合材料具备轻质和高比强等特性，使得复合材料在航天、航空、汽车和船舶等领域的应用越来越广泛。将光纤内置于复合材料中，可以对复合材料进行实时健康监测，具有灵敏度高、测量范围广、不受电磁干扰和噪声小等优点。

但是，传统的层合板复合材料的层间性能较差，很容易发生层间脱粘、翘边和分层等问题。直接将光纤埋置于复合材料的层间，使得光纤铺设位置附近的复合材料的基体结构不连续，进而导致复合材料的力学性能明显降低，严重影响复合材料的正常使用。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服直接将光纤埋置于复合材料的层间，使得光纤铺设位置附近的复合材料的基体结构不连续，进而导致复合材料的力学性能明显降低，严重影响复合材料正常使用的缺陷。

为了解决上述问题，本发明提供一种内含光纤传感器的复合材料预制体成形方法，包括：

根据复合材料预制体的三维机织结构中纱线的弯曲特性以及光纤传感器的最小弯曲半径，设计光纤传感器在三维机织结构中的排布路径；

将经纱挂在经纱综框上，并将毛细管保护套固定在独立综框上；

通过经纱综框的上下运动，实现编织经纱；

控制独立综框的运动状态，实现毛细管保护套在厚度层数上的变化，使得毛细管保护套的排布路径为所设计光纤传感器在三维机织结构中的排布路径；

往复穿梭纬纱，在穿过毛细管保护套和经纱时，实现引纬，并打纬，实现编织纬纱；

重复上述编织经纱、控制独立综框的运动状态和编织纬纱的操作，完成一体化三维机织物的编织，形成复合材料预制体；

将光纤传感器穿入所述毛细管保护套，确定光纤传感器在三维机织物中的位置；

去除所述毛细管保护套。

可选地，通过所述独立综框保持静止状态，实现毛细管保护套为平直的排布路径。

可选地，通过移动所述独立综框，实现毛细管保护套为弯曲的排布路径。

可选地，所述毛细管保护套沿着经纱的方向和/或沿着纬纱的方向排布。

可选地，所述三维机织物的结构为正交结构、角联锁结构或多层接结结构。

可选地，所述毛细管保护套在所述三维机织物内的接结形式为接结经或接结纬。

可选地，所述毛细管保护套为柔性管。

可选地，所述柔性管为金属管或复合材料编织管。

可选地，通过直接抽取或化学分解的方式去除所述毛细管保护套。

可选地，所述光纤传感器为光纤布拉格光栅传感器。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本发明提供的内含光纤传感器的复合材料预制体成形方法，包括：根据复合材料预制体的三维机织结构中纱线的弯曲特性以及光纤传感器的最小弯曲半径，设计光纤传感器在三维机织结构中的排布路径；将经纱挂在经纱综框上，并将毛细管保护套固定在独立综框上；通过经纱综框的上下运动，实现编织经纱；控制独立综框的运动状态，实现毛细管保护套在厚度层数上的变化，使得毛细管保护套的排布路径为所设计光纤传感器在三维机织结构中的排布路径；往复穿梭纬纱，在穿过毛细管保护套和经纱时，实现引纬，并打纬，实现编织纬纱；重复上述编织经纱、控制独立综框的运动状态和编织纬纱的操作，完成一体化三维机织物的编织，形成复合材料预制体；将光纤传感器穿入所述毛细管保护套，确定光纤传感器在三维机织物中的位置；去除所述毛细管保护套；本申请采用上述技术方案，在编织经纱和纬纱的过程中，同时排布毛细管保护套；进而将光纤传感器编织入三维机织物内，使得光纤传感器铺设位置附近的基体结构连续，进而确保复合材料的力学性能，保证复合材料的正常使用。且内含光纤传感器的复合材料预制体可方便地对复合材料进行实时健康监测，具有灵敏度高、测量范围广、不受电磁干扰和噪声小的优点。

2.本发明通过移动所述独立综框，实现毛细管保护套为弯曲的排布路径；本申请采用上述技术方案，通过弯曲毛细管保护套，灵活实现光纤传感器在三维机织结构中的排布。

3.本发明所述毛细管保护套沿着经纱的方向和/或沿着纬纱的方向排布；本申请采用上述技术方案，灵活实现光纤传感器在三维机织结构中的自由排布。

4.本发明所述毛细管保护套为柔性管；本申请采用上述技术方案，通过柔性管，可靠地为实现光纤传感器在三维机织结构中的排布提供便利。

5.本发明通过直接抽取或化学分解的方式去除所述毛细管保护套；本申请采用上述技术方案，方便可靠地去除毛细管保护套，实现在三维机织物内仅保留光纤传感器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式中提供的光纤传感器在机织物中弯曲特征的示意图；

图2为本发明实施方式中提供的毛细管保护套、经纱和纬纱在编织状态时的结构示意图；

图3为本发明实施方式中提供的光纤传感器在机织物中弯曲时的结构示意图一；

图4为本发明实施方式中提供的光纤传感器在机织物中弯曲时的结构示意图二。

附图标记说明：

1、纱线；2、经纱；3、纬纱；4、毛细管保护套；5、经纱综框；6、独立综框；7、光纤传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至图4所示的内含光纤传感器的复合材料预制体成形方法的一种具体实施方式，包括以下步骤：

S1、根据复合材料预制体的三维机织结构中纱线1的弯曲特性以及光纤传感器7的最小弯曲半径，设计光纤传感器7在三维机织结构中的排布路径，如图1所示。

S2、将经纱2挂在经纱综框5上，并将毛细管保护套4固定在独立综框6上，如图2所示。

S3、通过经纱综框5的上下运动，实现编织经纱2。

S4、控制独立综框6的运动状态，实现毛细管保护套4在厚度层数上的变化，使得毛细管保护套4的排布路径为所设计光纤传感器7在三维机织结构中的排布路径；如图2所示。具体的，通过所述独立综框6保持静止状态，实现毛细管保护套4为平直的排布路径；通过移动所述独立综框6，实现毛细管保护套4为弯曲的排布路径，如图3和图4所示。所述毛细管保护套4沿着经纱2的方向和/或沿着纬纱3的方向排布；当所述毛细管保护套4沿着经纱2的方向排布时，通过移动所述独立综框6向上或向下移动一定的层数，实现毛细管保护套4为弯曲的排布路径；独立综框6向上或向下移动的层数根据需要的弯曲的排布路径进行调节。所述毛细管保护套4在所述三维机织物内的接结形式为接结经或接结纬。所述毛细管保护套4为柔性管；更具体的，所述柔性管为金属管或复合材料编织管等。

S5、往复穿梭纬纱3，在穿过毛细管保护套4和经纱2时，实现引纬，并打纬，实现编织纬纱3。

S6、重复上述步骤S3－S5，完成一体化三维机织物的编织，形成复合材料预制体。具体的，所述三维机织物的结构为正交结构、角联锁结构或多层接结结构等。

S7、将光纤传感器7穿入所述毛细管保护套4，确定光纤传感器7在三维机织物中的位置。具体的，所述光纤传感器7可以为光纤布拉格光栅传感器，也可以为其他形式传感器。

S8、去除所述毛细管保护套4，保留光纤传感器7在三维机织物内部。具体的，通过直接抽取或化学分解的方式去除所述毛细管保护套4。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。