a斜拉索的智能溷杂纤维复合材料的研究.pdfVIP

助 能曹孝 料 、 适用于斜拉索的智能混杂纤维复合材料的研究。 杜彦良，邵 琳，李剑芝，孙宝臣 一 (石家庄铁道学院河北省大型结构健康诊断与控制重点实验室，河北石家庄050043) 摘要：基于纤维混杂的复合规律，阐述了适合斜拉 尼，并且在复合材料中植入光纤光栅传感器，为研究混 索的智能混杂纤维复合材料的设计过程。在拉挤工艺 杂纤维智能杆件索力实时在线监测提供一定的依据。 过程中将光纤光栅同混杂纤维一起固化成型，形成具 在该研究中，光栅传感器与复合材料的界面黏结好坏 有自监测功能到智能复合材料。制作了3根智能杆， 直接影响光纤光栅的传感特性以及是否同步变形，这 埋入4个光栅，通过用SEM观察以及光纤光栅能谱仪决定光栅传感器能否及时准确的反映结构受力情况， 分析，光纤光栅同基体界面结合情况良好，成活率为 所以研究光纤和复合材料的界面十分必要，目前周智 100％，光纤布拉格光栅的中心波长与应变的相关系数 等人仅研究了复合材料杆件中光栅传感器未受力的界 均达0．999以上，没有迟滞现象，存在很好的线性关 面粘结情况H]，但是受力情况下的光栅传感器的界面 粘结情况仍未讨论，这对于承力构件斜拉索而言是至 系，其中一根先纤光栅的应变灵敏系数为1．1pm／p．e， 关重要的。因此，本文用SEM扫描电镜观察了光纤光 另外3根光纤光栅的应变灵敏系数均为1．2pm／／L￡e，与 理论值1．22pm／#e相吻合。说明该成型工艺适合制栅同复合材的弯曲断面结构，讨论了光纤光栅同基体 备适合斜拉索的智能混杂纤维复合材料。． 之间的微观界面结合情况，并且进行了混杂纤维智能 关键词：纤维增强树脂基复合材料；斜拉索；光纤光 材料杆的传感特性试验，获得了光纤光栅的传感特性。 2“ 品H”…。…。“¨ 卜 中图分类号：中图分类娄TP212．14． 文献标识码：文献标识码：A 复合材jI{{}的设计 文章编号：1001—9731(2008)02—0282—042．1单元组分材料的选择 本文所制得的混杂纤维复合材料预用于替换斜拉 1 引 言 桥上的钢索，斜拉索作为斜拉桥的主要承力构件，在力 斜拉索作为斜拉桥的关键受力构件，其受力状态 学方面的要求较高，应最先考虑。一般的碳纤维复合 和动态响应与斜拉桥结构主体的动态响应之间密切相 关，索的受力状态和动力特性是衡量斜拉桥是否处于 而钢索的抗拉强度一般为1860MPa，但是弹性模量在 正常状态的重要参量。因此，采用斜拉索的实时监测 200GPa左右，所以本文选用日本东丽公司生产的 实现斜拉桥结构安全性能评估是未来大跨度斜拉桥安 M40J碳纤维为主要的增强材料，该种纤维是高强度高 全评估的发展方向。基于光纤Bragg光栅(FBG)能够 复用的独特优势使其在结构建康监测啪尤其是索力监 377GPa，这为生产高模量高强度复合材料提供了有力 测方面具有巨大的吸引力[2’3]。目前哈尔滨工业大学 的保证。但碳纤维复合材料极限应变小，并且价格昂 的周智[33等人对悬索桥的智能缆索进行了研究，但是 贵。所以考虑加入适量延伸率大且价格便宜的玻璃纤 该研究只是用智能复合材料筋代替传统钢索中的几根 维。据文献E53报道，加入适当的玻璃纤维，纤维含量 钢丝，由于智能复合材料筋与钢丝的受力情况有较大 和放置顺序得当，可以提高材料的阻尼。但是，上述两 差异，所以通过这种方法进行测试，不能如实反映结构 种纤维都表现为脆性，韧性差，故考虑加人适量的芳纶 的实际受力状况。因此本论文根据斜拉索的