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激光辅助自动铺纤过程中基于光纤布拉格光栅传感器的温度历史在线监测与仿真

Simulation and on-line monitoring using optical fiber Bragg grating sensors of temperature history during laser-assisted automated fiber placement

Dacheng Zhao, Weiping Liu, Jiping Chen, Songhao Zhu, Yang Yang, Guangquan Yue · Composites Center of COMAC, Shanghai Aircraft Manufacturing Co., Ltd, Shanghai, P. R. China
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期刊 / 来源Journal of Composite Materials
卷/期/页58 / 18 / 2079-2092
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关键词:自动铺纤原位固化光纤布拉格光栅传感器温度监测热传递模型热塑性复合材料工艺参数优化

摘要整理

热塑性复合材料原位固化(ISC)自动铺纤(AFP)技术具有降低制造成本、提高制造效率的潜力。ISC制造的复合材料性能受聚合物降解、结晶、界面接触、聚合物自愈和孔隙动力学等多种机制影响,这些机制均直接受温度历史的控制。因此,ISC过程中温度历史的精确测量和控制对改善复合材料性能至关重要。本研究建立了简化的三维瞬态热传递模型,预测了工具温度和铺纤速度对温度历史及峰值温度的影响。同时构建了在线温度监测系统,采用光纤布拉格光栅(FBGS)传感器测量温度历史。结果表明,模型预测结果与实测结果相符,误差在8%以内。层间温度历史受工具温度和铺纤速度显著影响。冷却后各层温度降至接近工具温度;工具温度升高会因冷却速率降低而增加峰值温度;相反,铺纤速度增加会降低各层峰值温度。该研究为AFP-ISC工艺的温度控制和质量保证提供了重要的实验和理论依据。

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