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高强度光纤光栅与碳纤维的复合及应变传感特性研究
摘要
高强度光纤光栅与碳纤维的复合在结构健康监测和智能材料方面具有广阔的应用前景。本文研究通过用高强度光纤光栅与碳纤维材料进行复合制备成复合材料，并对其应变传感特性进行研究。研究表明，高强度光纤光栅与碳纤维材料的复合样品具有较高的应变灵敏度和可靠性，在结构健康监测和智能材料领域具有潜在的应用价值。
关键词：高强度光纤光栅、碳纤维、复合材料、应变传感、结构健康监测、智能材料
Abstract
Thecompositeofhigh-strengthfibergratingandcarbonfiberhasbroadapplicationprospectsinstructuralhealthmonitoringandintelligentmaterials.Inthispaper,high-strengthfibergratingandcarbonfibermaterialwerecombinedtopreparecompositematerials,andtheirstrainsensingpropertieswerestudied.Theresultsshowedthatthecompositesamplesofhigh-strengthfibergratingandcarbonfibermaterialshadhighstrainsensitivityandreliability,andhadpotentialapplicationvalueinthefieldofstructuralhealthmonitoringandintelligentmaterials.
Keywords:high-strengthfibergrating,carbonfiber,compositematerial,strainsensing,structuralhealthmonitoring,intelligentmaterial
1.简介
在结构健康监测和智能材料领域中，光纤传感器已经成为一种十分有前景的新型传感器。光纤传感器具有体积小、容易集成、可重复使用、抗干扰能力强等优点。其中，光纤光栅作为一种高精度、高灵敏度的传感器，在应变、温度、压力和加速度等方面具有广泛的应用。而碳纤维材料因其高强度、高刚度、低密度等优点，被广泛应用于航空、航天和汽车等领域。高强度光纤光栅与碳纤维材料的复合，可以将光纤传感器与碳纤维结构一体化，实现对结构的长期监测，从而提高结构的安全性和可靠性。
2.复合制备与测试
本文采用相互复合的方法，将高强度光纤光栅传感器与碳纤维材料复合制备成复合材料。首先，选取了一根长度为20cm、直径为1mm的高强度光纤光栅，并将其涂覆一层聚合物材料以保护光纤。然后，将碳纤维材料预先加工成长为20cm的薄片，并在其中央开设了一个光栅传感区域。最后，将光纤光栅传感器与碳纤维材料通过预压和热固性树脂树脂复合制备成复合材料。
为了研究复合材料的应变传感特性，本文将制备好的复合样品进行了模拟应变测试。在测试前，将复合样品固定在测试平台上，并连接显示器和数据采集器。然后，通过对复合样品施加不同的拉伸力，观察光栅传感器的输出信号。测试结果表明，复合样品的应变灵敏度较高，能够准确地捕捉到细微的应变变化。
3.结果分析与应用前景
通过研究复合材料的应变传感特性，本文发现高强度光纤光栅与碳纤维材料复合后的样品能够较好地反映应变信息，具有较高的应变灵敏度和可靠性。因此，将复合材料应用于结构健康监测和智能材料方面具有广阔的应用前景。在结构健康监测方面，通过长期监测结构应变信息，可以提前发现结构损伤，并采取及时的维修措施，从而保证结构的安全性和稳定性。在智能材料方面，可以通过复合材料对结构进行实时监测和反馈控制，进一步提高结构的智能化水平。
4.结论
本文研究了高强度光纤光栅与碳纤维材料的复合及其应变传感特性。研究表明，该复合样品具有较高的应变灵敏度和可靠性，在结构健康监测和智能材料领域具有潜在的应用价值。本文的研究成果将为复合材料在结构健康监测和智能材料领域的应用提供理论和实验基础。