Effect on the structural integrity and fatigue damage monitoring of smart composite structures with embedded intensity based optical fiber sensors

삽입된 광강도형 광섬유센서가 지능형 복합재 구조물의 건전성에 미치는 영향 및 피로손상 감시

In this study, the effects of embedded optical fibers on the static properties under tensile load and dynamic properties under fatigue load of composite laminates were investigated by experimental tests and finite element analysis. Based on the results, it can be concluded that the embedded optical fiber sensors do not have significant effects on the structural integrity of the smart composite structures except when the sensors are embedded perpendicular to the adjacent reinforcing fibers under fatigue loading. An intensity-based optical fiber sensor was embedded in the crossply composite laminates to monitor the fatigue damage by detecting the stiffness changes of the laminates. The result of this experiment has shown that the intensity-based optical fiber sensor has large potential to monitor the fatigue damage of composite structures by detecting the stiffness changes of the structures with simple and inexpensive instruments and without complex post-processing of measured signals. In addition, the optical fiber sensor showed good resistance to fatigue loading and wide sensing ranges of stiffness.

본 연구에서는 복합재료에 삽입된 광섬유센서의 인장하중하에서의 정적 물성치와 피로하중하에서의 동적 물성치를 실험적인 방법과 유한요소해석을 통하여 고찰하였다. 결과에 의하면 삽입된 광섬유센서는 인접한 강화섬유에 수직한 방향으로 삽입된 피로하중의 경우를 제외하고 복합재료의 기계적인 물성치에 큰 영향을 끼치지 않는다고 결론지을 수 있다. 광강도형 광섬유센서를 복합재료 적층판에 삽입하여 복합재 적층판의 강성저하를 측정함으로써 직교적층판 피로손상을 검출하였다. 이 실험의 결과에 의하면 광강도형 광섬유센서는 간단하고 저렴한 장치와 측정된 신호의 복잡한 후처리 과정이 필요 없다는 장점으로 인하여 구조물의 강성저하를 측정하여 피로손상을 감시하는데 있어서 큰 잠재력을 가진다고 할 수 있다. 또한 삽입된 광강도형 광섬유센서는 우수한 내 피로성과 넓은 강성측정 범위를 보였다.