基于相移光纤光栅传感器的碳纤维增强树脂复合材料基体裂纹超声探伤

冀建宇¹，王容¹，吴奇^1,2，熊克¹

1. 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室2. 日本东京大学生产技术研究所

摘 要：复合材料内部的微小裂纹常会引起后续严重的破坏,因此需要对其进行检测。然而超声探伤复合材料基体裂纹非常困难。本文搭建了一个具有高灵敏度、大带宽的相移光纤光栅超声传感系统,利用此系统探测了在正交铺层碳纤维增强树脂复合材料板中传播的Lamb波。对Lamb波进行数据处理发现,随着三点弯曲实验产生的基体裂纹个数增加,Lamb波的幅值和频谱峰值线性减少。通过和传统压电传感器比较表明,相移光纤光栅传感器测得的Lamb波信号随复合材料基体裂纹数的增加其幅值具有更高的下降速率,表明相移光纤光栅传感器更适合于复合材料基体裂纹的超声探伤。研究表明,新开发的传感系统能够探测到中心频率为300kHz的微弱超声信号,并能够对碳纤维增强树脂复合材料板中微小基体裂纹个数进行精确评估。

关键词：碳纤维增强树脂;复合材料;基体裂纹;相移光纤光栅;超声检测;Lamb波;