一种基于智能纤维的预制体变形检测方法

本发明涉及复合材料结构制造与检测，尤其涉及一种基于智能纤维的预制体变形检测方法。

背景技术：

1、三维编织复合材料是采用三维编织技术将纤维丝束编制为所需结构形状的预制体，然后再与基体进行复合而成的复合材料。传统二维编织复合材料通常是将多个二维纤维编织铺层压合为一个层压板，这种层合结构具有一个显著的缺点，即层间强度低、在外载作用下容易发生分层。三维编织复合材料具有复杂的空间纤维结构，克服了传统二维复合材料易分层的缺点，并且整体的力学性能也显著提升，具有优良的抗冲击性能、耐疲劳性能、可设计性和结构完整性等特点。三维编织复合材料在航空航天、汽车、船舶海洋、轨道交通、建筑建材、生医器械、体育用品等领域都有巨大的应用前景，目前也已作为先进高质轻量结构件广泛用在飞机、火箭、卫星等高端装备领域。

2、三维编织复合材料预制体的纤维结构形式对最终结构的力学性能有很大影响，预制体的纤维发生任何程度的变形都会影响到最终制件的强度。在使用纤维纱线织造预制体的过程中会不可避免地发生宏微观尺度上的变形，检测预制体纤维的变形对预制体力学性能分析和质量把控极为重要，而且有利于后续预制体变形预测理论模型的构建、验证和评估工作，对三维编织复合材料的设计和应用意义重大。

3、目前尚无有效的技术手段对预制体变形进行实时高效检测，常规检测方法主要采用目测检测或一些精密无损检测方法，如数字应变测量、扫描电镜、激光扫描、ct等。目测检测只能发现一些宏观大变形，而无法观察到占绝大部分的微观变形。当目测检测出变形时一般预制体的最终强度已经发生了较大的程度的改变。精密的无损检测方法虽然可以获得微观纤维变形信息，但这些方法需要使用精密复杂的检测设备，且通常难以对预制体织造过程中的变形进行实时检测。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于智能纤维的预制体变形检测方法，能够实现对预制体制造过程中的变形进行在线检测，检测质量高且成本较低。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于智能纤维的预制体变形检测方法，包括：

3、制备液态金属智能导电纤维纱线，将制备的纤维纱线编织入预制体中；

4、采集预制体中所述液态金属智能导电纤维纱线电阻变化，进行前期编织测试和力学试验测试，获取纤维纱线变形情况和电信号数据；

5、基于所述纤维纱线变形情况及所述电信号数据构建纤维纱线变形和电信号关系模型，将所述纤维纱线变形和电信号关系模型应用到实际预制体织造过程中，实时获取纤维纱线变形信息。

6、优选地，通过微流控湿法制备所述液态金属智能导电纤维纱线，其中，所述液态金属智能导电纤维纱线由液态镓和聚氨酯同轴混凝而成。

7、优选地，将制备的纤维纱线编织入预制体中，包括：

8、将制备的纤维纱线通过三维编织机编织入三维机织贯穿结构、角联锁结构预制体中；其中制备的纤维纱线包括所述液态金属智能导电纤维纱线与普通纤维纱线，或仅包括所述液态金属智能导电纤维纱线；其中，所述普通纤维纱线为碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、芳纶纤维、芳纶纤维中的一种或多种。

9、优选地，采集所述液态金属智能导电纤维纱线电阻变化，包括：

10、在编织过程中将预制体中的液态金属智能导电纤维纱线两端连接keithley源表和电脑，实时采集导电纤维纱线编织入三维预制体时的电阻变化。

11、优选地，所述纤维纱线变形情况和电信号数据，包括：

12、纤维纱线织造过程中变形引起的电信号变化曲线、三维编织织物织造循环过程中纤维纱线电阻变化图、液态金属智能导电纤维纱线相对电阻与形变的变化关系、液态金属智能导电纤维纱线的应变与应力变化曲线、液态金属智能导电纤维纱线相对电阻随应变变化曲线。

13、优选地，构建所述纤维纱线变形和电信号关系模型，包括：

14、基于所述纤维纱线织造过程中变形引起的电信号变化曲线、所述三维编织织物织造循环过程中纤维纱线电阻变化图，获得三维编织织物织造循环中纤维纱线变形与电信号的变化关系；

15、基于所述液态金属智能导电纤维纱线相对电阻随应变变化曲线、所述液态金属智能导电纤维纱线的应变与应力变化曲线，建立三维编织织物织造循环中纤维纱线变形定性计算关系；

16、通过所述三维编织织物织造循环中纤维纱线变形与电信号的变化关系与所述三维编织织物织造循环中纤维纱线变形定性计算关系，构建所述纤维纱线变形和电信号关系模型。

17、优选地，所述三维编织织物织造循环中纤维纱线变形定性计算关系为：

18、

19、式中，为导电纱线电阻变化值，为导电纱线初始电阻值。

20、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

21、本发明公开了一种基于智能纤维的预制体变形检测方法，能够通过电阻变化反映纱线变形情况；提出将导电纤维与传统纤维共同编织成预制体，通过编织过程中导电纤维的电阻变化即可实时感知预制体内部的变形和应力情况，克服了目前预制体编织过程中变形与受力情况难以检测的难题。

22、本发明可实时检测预制体织造过程中纱线变形和内部应力情况，有利于与预制体进行质量检测、强度和寿命分析。

技术特征：

1.一种基于智能纤维的预制体变形检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于智能纤维的预制体变形检测方法，其特征在于，通过微流控湿法制备所述液态金属智能导电纤维纱线，其中，所述液态金属智能导电纤维纱线由液态镓和聚氨酯同轴混凝而成。

3.根据权利要求1所述的基于智能纤维的预制体变形检测方法，其特征在于，将制备的纤维纱线编织入预制体中，包括：

4.根据权利要求1所述的基于智能纤维的预制体变形检测方法，其特征在于，采集所述液态金属智能导电纤维纱线电阻变化，包括：

5.根据权利要求1所述的基于智能纤维的预制体变形检测方法，其特征在于，所述纤维纱线变形情况和电信号数据，包括：

6.根据权利要求5所述的基于智能纤维的预制体变形检测方法，其特征在于，构建所述纤维纱线变形和电信号关系模型，包括：

7.根据权利要求6所述的基于智能纤维的预制体变形检测方法，其特征在于，所述三维编织织物织造循环中纤维纱线变形定性计算关系为：

技术总结本发明公开了一种基于智能纤维的预制体变形检测方法，涉及复合材料结构制造与检测技术领域，包括：制备液态金属智能导电纤维纱线，基于制备的纤维纱线编织入预制体中；采集液态金属智能导电纤维纱线电阻变化，进行前期编织测试和力学试验测试，获取纤维纱线变形情况和电信号数据；基于纤维纱线变形情况及电信号数据构建纤维纱线变形和电信号关系模型，将纤维纱线变形和电信号关系模型应用到实际预制体织造过程中，实时获取纤维纱线变形信息。本发明可实时检测预制体织造过程中纱线变形和内部应力情况，有利于与预制体进行质量检测、强度和寿命分析。技术研发人员：赵天,李营,黄怿行,徐帅衡,苏伯昂受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18