一种用于检测粘接面力学特性的检测装置及方法

技术领域

本发明属于力学特性检测领域，尤其涉及一种用于检测粘接面力学特性的检测装置及方法。

背景技术

固体发动机燃烧室界面层的黏接应力能够直接表明其损伤或缺陷，是固体发动机健康状态的指示剂。研究表明，推进剂/衬层/绝热层/壳体界面黏接应力能够直接表明推进剂装药的敏感缺陷和累计损伤，是推进剂装药物理健康的指示剂。衬层/推进剂界面的脱粘是固体火箭发动机常见的失效模式之一。目前，国内外众多学者研究应变片式DBST(dualbond stress and temperature)传感器在裂纹和脱粘等装药缺陷诊断监测上的应用。但应变片式传感器工作时会引入电流等危险因素，对于推进剂这类含能材料，很小的电流就存在非常大的安全隐患。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种用于检测粘接面力学特性的检测装置及方法。

第一方面，本发明提供一种用于检测粘接面力学特性的检测装置，包括检测试件和至少设置有一个粘接面的待检测体；所述粘接面处设置有光纤传感器；光纤传感器不引入电流等危险，本质上安全，并具有不受电磁干扰、灵敏度高、可靠性好、质量轻、体积小、可实现远距离遥测等特点，因此光纤传感器非常适合植入SRM药柱对其进行结构健康监测；

所述检测试件包括拉伸件和黏接板；

所述拉伸件的下端的下端面水平设置或设置为斜面；

所述斜面与水平面的夹角为锐角；

所述黏接板与前述拉伸件的下端面固定连接。

通过在粘接面处设置光纤传感器，通过光纤传感器对粘接面之前的应力进行检测，从而对粘接面间的相互作用做出判断；将拉伸件的下端的下端面水平设置或设置为斜面；斜面与水平面的夹角为锐角；在黏接板与前述拉伸件的下端面固定连接时可以使得黏接板与拉伸件之间形成斜面与水平面相同角度的夹角，从而可以模拟检测待检测体在受到不同角度拉应力时界面的力学特性。

进一步，本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测装置，所述检测试件包括有两个；前述待检测体设置于两个检测试件之间；两个所述检测试件的下端面平行设置。

进一步，本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测装置，所述光纤传感器采用聚二甲基硅氧烷进行封装；裸光纤在埋入粘接面的过程中极易损坏，尤其是光栅处经过剥离-再涂覆制作工艺更易发生断裂。对于分布式传感网络中多个光纤光栅串联的情况，某一处光纤光栅的损坏可能会造成整个传感网的失效，因此光栅需要进行封装保护。为了实现界面粘接应力转换为传感器轴向应力，提高传感器敏感度及保护光纤传感器，因此需对裸光纤传感器进行封装。

通过封装，不仅可以将粘接面的粘接应力转换为传感器的轴向应力，而且可以对光纤光栅起到很好的保护作用，提高了埋入层间的成活率。

进一步，本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测装置，所述光纤传感器平行于粘接面设置；粘接面的主应力方向垂直于粘接面，即“扯离”方向。垂直方向的主应力是造成脱粘也是进行脱粘需要检测应力的方向。若将传感器布置在粘接界面，就可以实时监测界面应力状态从而获得层间状态参数。若将光纤传感器垂直安装于粘接面层，虽符合光纤传感器的传感特性，但是会破坏提供粘接面的主体结构的完整性并且安装工艺难度较大，因此采用将光纤传感器平行于粘接面设置安装方法更符合条件。

进一步，本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测装置，所述光纤传感器的尺寸为40mm×6mm×1.5mm。

第二方面，本发明提供一种根据用于检测粘接面力学特性的检测装置的检测方法：首先根据需求选取拉伸件下端面斜面角度适合的检测试件；

然后用砂纸对检测试件的拉伸件的下端面及各粘接面进行表面打磨处理；

再用医用棉球蘸取乙醇对打磨后的表面进行清洁；

将下端面及各粘接面处理干净后，利用改性丙烯氰酸脂作为胶粘剂，对粘接面进行粘接；

采用两个检测试件时，待检测体设置于两个检测试件之间；两个所述检测试件的下端面平行设置；

再将光纤传感器通过解调仪连接至检测主机；

待粘接面牢固后，利用拉伸机对试件检测试件的拉伸件进行拉伸，可实现测量粘接面上两方向之间的力学特性。

进一步，本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测方法，所述光纤传感器采用聚二甲基硅氧烷进行封装；裸光纤在埋入粘接面的过程中极易损坏，尤其是光栅处经过剥离-再涂覆制作工艺更易发生断裂。对于分布式传感网络中多个光纤光栅串联的情况，某一处光纤光栅的损坏可能会造成整个传感网的失效，因此光栅需要进行封装保护。为了实现界面粘接应力转换为传感器轴向应力，提高传感器敏感度及保护光纤传感器，因此需对裸光纤传感器进行封装。

通过封装，不仅可以将粘接面的粘接应力转换为传感器的轴向应力，而且可以对光纤光栅起到很好的保护作用，提高了埋入层间的成活率。

进一步，本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测方法，所述光纤传感器平行于粘接面设置；粘接面的主应力方向垂直于粘接面，即“扯离”方向。垂直方向的主应力是造成脱粘也是进行脱粘需要检测应力的方向。若将传感器布置在粘接界面，就可以实时监测界面应力状态从而获得层间状态参数。若将光纤传感器垂直安装于粘接面层，虽符合光纤传感器的传感特性，但是会破坏提供粘接面的主体结构的完整性并且安装工艺难度较大，因此采用将光纤传感器平行于粘接面设置安装方法更符合条件。

进一步，本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测方法，所述光纤传感器的尺寸为40mm×6mm×1.5mm。

本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测装置及方法，通过检测试件及光纤传感器的结构改进，可以用于测量多种倾斜角度粘接面的粘接强度，同时在检测过程中不引入电流、不受电磁干扰，安全可靠，且本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测装置还具有加工制作简单、成本低的优点，适于推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例所述用于检测粘接面力学特性的检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例所述垂直设置光纤传感器结构示意图；

图3为本发明实施例所述平行设置光纤传感器结构示意图；

其中1-检测试件、2-拉伸件、3-黏接板、4-壳体、5-绝热层、6-衬层、7-推进剂、8-传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明所述用于检测粘接面力学特性的检测装置及方法。

在本公开实施例所述用于检测粘接面力学特性的检测装置，包括两个检测试件1和待检测体；如图1所示，所述检测试件1包括拉伸件2和黏接板3；其中待检测体由推进剂7/衬层6/绝热层5/壳体4组成；所述拉伸件2的下端的下端面水平设置或设置为斜面；所述斜面与水平面的夹角为锐角；所述黏接板3与前述拉伸件2的下端面固定连接；在本公开实施例中，选用固体发动机中的推进剂7与衬层6间的接触面为粘接面进行说明，粘接面处设置有光纤传感器8，在本公开实施例中光纤传感器8采用FBG传感器8。

固体发动机燃烧室界面层的黏接应力能够直接表明其损伤或缺陷，是固体发动机健康状态的指示剂。研究表明，推进剂7/衬层6/绝热层5/壳体4界面黏接应力能够直接表明推进剂7装药的敏感缺陷和累计损伤，是推进剂7装药物理健康的指示剂。

衬层6/推进剂7界面的脱粘是固体发动机常见的失效模式之一。粘接界面的主应力方向垂直于粘接界面，即“扯离”方向。垂直方向的主应力是造成脱粘也是进行脱粘需要检测应力的方向。若将光纤传感器8布置在粘接界面，实时监测界面应力状态从而获得层间状态参数，就可以为发动机药柱的寿命评估与健康监测提供重要信息。值得注意的是FBG传感器8对沿光纤轴向的应力敏感，如图2所示，若将FBG传感器8垂直安装于界面层，虽符合FBG传感器8的传感特性，但是会破坏药柱的结构完整性并且安装工艺难度较大，因此采用图3所示FBG传感器8的安装方法更符合条件。

裸光纤在埋入粘接层的过程中极易损坏，尤其是光栅处经过剥离-再涂覆制作工艺更易发生断裂。对于分布式传感网络中多个光纤光栅串联的情况，某一处光纤光栅的损坏可能会造成整个传感网的失效，因此光栅需要进行封装保护。为了实现界面粘接应力转换为传感器8轴向应力，提高传感器8敏感度及保护光纤传感器8，需要对裸FBG传感器8进行封装。

在本公开实施例中采用低模量、高泊松比聚合物PDMS(聚二甲基硅氧烷)封装FBG传感器8，封装后的尺寸为40mm×6mm×1.5mm。通过封装，不仅可以将界面粘接应力转换为传感器8的轴向应力，而且可以对光纤光栅起到很好的保护作用，提高了埋入层间的成活率。这样FBG传感器8就变成了一个侧向传感器8，并且便于在发动机燃烧室内安装布置，易于组成多点测量的分布式传感网络。

进行检测时，首先根据需求选取拉伸件2下端面斜面角度适合的检测试件1；

然后用砂纸对检测试件1的拉伸件2的下端面及各粘接面进行表面打磨处理；

再用医用棉球蘸取乙醇对打磨后的表面进行清洁；

将下端面及各粘接面处理干净后，利用改性丙烯氰酸脂作为胶粘剂，对粘接面进行粘接；在本公开实施例总，待检测体设置于两个检测试件1之间；两个所述检测试件1的下端面平行设置；粘接顺序为检测试件1/壳体4/绝热层5/衬层6/推进剂7/衬层6/绝热层5/壳体4/检测试件1，推进剂7与衬层6之间埋入聚合物封装的FBG传感器8；在本公开实施例中试件中黏接板3、壳体4、绝热层5、衬层6、推进剂7的粘接界面尺寸为40mm×40mm。粘接满足QJ2038.1（《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法扯离法》）的规定。

再将光纤传感器8通过解调仪连接至检测主机；待粘接面牢固后，利用拉伸机对试件检测试件1的拉伸件2进行拉伸，可实现测量粘接面上两方向之间的力学特性。

根据实际使用情况，设计不同角度的检测试件1，利用拉伸机，对试件进行拉伸，可以实现测量两方向之间不同夹角应力特性。

将设计的试件用拉伸机进行拉伸，光纤传感器8连接解调仪连接检测主机，分析信号就可以实现对固体发动机燃烧室界面不同角度应力作用下界面层的力学特性的检测。