基于光纤传感器声发射信号相邻峰间路径长度的复合材料层合板损伤检测与评估

本文综述了利用光纤布拉格光栅（FBG）传感器监测复合材料层合板低速冲击损伤（如分层）的被动声发射（AE）方法。作者提出通过分析信号波形对称性检测损伤起始，并利用AE波产生峰值的路径长度评估分层面积，为开发适用于大型结构（如无人机）的实时、简易损伤诊断系统提供了新思路。

　　

Highlight

方法和途径

复合材料层合板的早期损伤模式通常发生在基体中，因为基体比增强纤维更脆弱。这类损伤模式包括基体开裂或分层，预测这些损伤导致的力学性能下降对于复合材料层合板的损伤容限设计至关重要。低速冲击可在复合材料层合板中同时引发基体开裂和分层，这些内部损伤有可能在疲劳载荷下扩展，最终导致结构失效。因此，检测和评估此类冲击引起的损伤对于确保结构完整性极为重要。

实验

图6展示了用于获取不同能量水平（从1 J到30 J）下冲击诱发声发射信号的局部断裂实验装置及试样信息。该装置和试样与先前的研究相同。栅区长5毫米的FBG传感器粘贴在测试层合板的底面，并连接到商用FBG解调系统。利用该实验装置，测量了冲击事件期间结构的响应。

结果与讨论

利用实验数据，对第2节提出的方法和途径进行了验证。首先，展示了检测分层起始的分析结果。随后，在有损伤发生的情况下评估了分层面积。基于这些评估结果，讨论了本文所提方法的实用性和适用性。

结论

低速冲击被认为是威胁复合材料层合板结构安全的致命事件。因此，各种研究致力于在结构达到临界风险水平之前，检测或评估由此类冲击事件引起的损伤。然而，大多数损伤检测和评估研究需要高性能传感器和复杂庞大的测量系统，这不适用于大型结构的覆盖。本研究提出的方法使用简单的光纤传感系统，为实时损伤检测和诊断提供了有前景的解决方案。