СВЯЗАННАЯ КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ СВЯЗЫВАНИЯ
BOUND DESIGN AND METHOD OF BINDING DETECTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Данное изобретение относится к связанным конструкциям и способам детектирования состояния связывания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Обычно углеволокнистые композиты используют, например, в конструкциях самолетов, в которых требуется уменьшение веса.
В качестве способа мониторинга отверждения полимера углеволокнистого композита применяется способ, в котором используется оптоволокно, содержащее расположенный внутри датчик на основе дифракционной решетки, как описано в патентной литературе 1.
[0003] Как правило, элементы, такие как углеволокнистые композиты, соединяют вместе с использованием крепежных средств, таких как заклепки или болты.
[0004] При соединении элементов вместе, хотя оптимальным является использование адгезива с точки зрения уменьшения веса, эффективности работы и т.д., для этого требуется оценка качества связывания. Оценку качества связывания выполняют, например, посредством испытания ультразвуком после соединения вместе элементов с использованием адгезива.
Патентная литература
[0005] PTL 1 Перевод на японский язык международной патентной заявки РСТ 2000-501176.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Однако в случае испытания ультразвуком, хотя можно детектировать наличие пустоты в слое адгезива или такой дефект, как отделение элемента, не представляется возможным оценить прочность связывания. Это обусловлено тем, что прочность связывания зависит от таких факторов, как давление, приложенное к элементам в течение связывания, однако в течение испытания ультразвуком невозможно контролировать давление. Кроме того, испытание ультразвуком требует времени и труда, а также требует наличия аттестованного инспектора контроля качества.
Кроме того, в случае, когда элементы выполнены, например, из углеволокнистых композитов, данные элементы связывают вместе в течение формовки в автоклаве. В течение формовки в автоклаве, хотя при этом проводят измерение давления в автоклаве и давления в мешке, измерение давления в самом участке связывания не выполняют.
[0007] С учетом этих фактов в случае соединения элементов вместе посредством связывания, расчет конструкций выполняют с обеспечением значительного запаса прочности или используют крепежные детали для соединения вместо связывания адгезивом в участках, в которых требуется запас прочности.
[0008] Данное изобретение было выполнено с учетом этого обстоятельства, при этом задачей данного изобретения является создание связанной конструкции и способа детектирования состояния связывания, которые обеспечивают возможность детектировать, связаны ли эти элементы вместе надлежащим образом.
[0009] С целью решения рассмотренной выше проблемы в связанной конструкции и способе детектирования состояния связывания в соответствии с данным изобретением используются нижеследующие технические решения.
[0010] Связанная конструкция в соответствии с первым аспектом данного изобретения содержит первый элемент, второй элемент, адгезив, связывающий вместе первый элемент и второй элемент и оптоволокно, размещенное между первым элементом и вторым элементом, при этом состояние связывания между первым элементом и вторым элементом детектируют на основе двойного лучепреломления оптоволокна.
[0011] В этой конфигурации первый элемент и второй элемент связывают вместе с использованием адгезива. Первый элемент и второй элемент связывают вместе за счет приложения к ним соответствующего давления при размещенном между ними адгезиве. Оптоволокно, размещенное между первым элементом и вторым элементом, используют для детектирования состояния связывания между первым элементом и вторым элементом на основе двойного лучепреломления.
[0012] Когда к оптоволокну не приложено давление, оптический спектр имеет лишь один пик. С другой стороны, когда давление приложено к оптоволокну только в заданном направлении, форма поперечного сечения оптоволокна, имеющая первоначально круговую форму, деформируется и принимает, например, эллиптическую форму (уплощенную круговую форму или вытянутую круговую форму), так что форма оптического спектра изменяется с образованием множества пиков (например, двух). Это называется двойным лучепреломлением оптоволокна, при этом оптоволокно используют в качестве датчика давления.
[0013] То есть, когда первый элемент и второй элемент связывают вместе посредством соответствующего приложения давления, давление прикладывают к оптоволокну в двух направлениях, соотнесенных с первым элементом и вторым элементом. Соответственно, оптический спектр оптоволокна показывает множество пиков, обусловленных двойным лучепреломлением. Состояние связывания между первым элементом и вторым элементом детектируют, посредством использования оптоволокна в качестве датчика давления, как описано выше.
[0014] Как описано выше, в этой конфигурации, поскольку состояние связывания между первым элементом и вторым элементом детектируют на основе двойного лучепреломления оптоволокна, можно детектировать, связаны ли эти элементы вместе надлежащим образом.
[0015] В первом аспекте первый элемент и второй элемент предпочтительно являются слоистыми элементами из углеволокнистых композитов, при этом состояние связывания между первым элементом и вторым элементом детектируют на основе двойного лучепреломления оптоволокна в случае, когда первый элемент и второй элемент связывают вместе с использованием устройства создания избыточного давления.
[0016] В этой конфигурации можно определять, связаны ли элементы вместе надлежащим образом в случае, когда в качестве элементов связывают вместе слоистые элементы из углеволокнистых композитов.
[0017] В первом аспекте первый элемент и второй элемент, зажимающие между ними адгезив и оптоволокно, предпочтительно покрывают мешком и устанавливают давление внутри мешка меньше атмосферного давления, при этом состояние связывания между первым элементом и вторым элементом детектируют на основе двойного лучепреломления оптоволокна при приложении давления внутри автоклава.
[0018] В этой конфигурации можно определять более точно, связаны ли элементы вместе надлежащим образом в случае, когда в качестве элементов связывают вместе слоистые элементы из углеволокнистых композитов.
[0019] В первом аспекте предпочтительно между оптоволокном и по меньшей мере одним из первого или второго элемента вставлен твердый предмет.
[0020] В этой конфигурации можно определять, связаны ли эти элементы вместе надлежащим образом, даже когда элементы еще не были связаны вместе или их связывают вместе.
[0021] В первом аспекте между оптоволокном и адгезивом предпочтительно вставлен твердый предмет.
[0022] В этой конфигурации можно определять более точно, связаны ли эти элементы вместе надлежащим образом, даже когда элементы еще не были связаны вместе или их связывают вместе.
[0023] В первом аспекте твердый предмет предпочтительно образован посредством отверждения адгезива того же типа, что и данный адгезив.
[0024] В этой конфигурации, поскольку твердый предмет и адгезив объединяют в процессе связывания связанной конструкции, твердый предмет не становится посторонним включением в связанной конструкции.
[0025] Способ детектирования состояния связывания в соответствии со вторым аспектом данного изобретения включает в себя первый этап связывания вместе первого элемента и второго элемента посредством использования адгезива с оптоволокном, размещенным между ними, и второй этап детектирования состояния связывания между первым элементом и вторым элементом на основе двойного лучепреломления оптоволокна.
[0026] В соответствии с данным изобретением основное преимущество заключается в том, что можно определять, связаны ли элементы вместе надлежащим образом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0027] Фиг. 1 представляет собой покомпонентный вид в аксонометрии связанной конструкции в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 2 представляет собой схематический вид в плане устройства измерения и диагностики в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 3 представляет собой схематический вид оптического спектра в случае, когда давление не приложено к оптоволокну, в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 4 представляет собой схематический вид оптического спектра в случае, когда давление приложено к оптоволокну, в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 5 представляет собой график изменения формы оптического спектра оптоволокна в процессе, когда слоистые элементы, которые должны быть связаны в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения, были закрыты мешком, при этом давление внутри мешка было установлено меньше атмосферного давления, а внутри автоклава давление и температура были увеличены.
Фиг. 6 представляет собой график изменения формы оптического спектра оптоволокна в процессе, когда слоистые элементы, которые должны быть связаны в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения, не были закрыты мешком, при этом внутри автоклава давление и температура были увеличены.
Фиг. 7 представляет собой покомпонентный вид в аксонометрии связанной конструкции в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 8 представляет собой покомпонентный вид вертикального поперечного сечения связанной конструкции в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 9 представляет собой схематическую иллюстрацию процесса связывания связанной конструкции в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 10 представляет собой график, показывающий изменения величины неосесимметричных деформаций оптоволокон в начальном процессе создания избыточного давления в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 11 представляет собой график, показывающий изменения величины неосесимметричных деформаций оптоволокон в процессе нагревания и охлаждения в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 12 представляет собой вид в вертикальном разрезе связанной конструкции в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг. 13 представляет собой вид в вертикальном разрезе связанной конструкции в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0028] Ниже со ссылками на чертежи приведено описание варианта осуществления связанной конструкции и способ детектирования состояния связывания в соответствии сданным изобретением.
[0029] Первый вариант осуществления изобретения
Ниже приведено описание первого варианта осуществления данного изобретения.
[0030] Фиг. 1 представляет собой покомпонентный вид в аксонометрии связанной конструкции в соответствии с первым вариантом осуществления. В первом варианте осуществления, например, связанные элементы являются слоистыми элементами из углеволокнистых композитов. Кроме того, например, множество связанных конструкций 10 объединяют с целью использования в качестве конструктивных элементов самолетов, автомобилей, ветряных установок и т.д.
[0031] Связанная конструкция 10 содержит слоистый элемент 12А, слоистый элемент 12 В, адгезив 14, связывающий вместе слоистый элемент 12А и слоистый элемент 12В, и оптоволокно 16, размещенное между слоистым элементом 12А и слоистым элементом 12В. Оптоволокно 16 используют в качестве датчика (оптоволоконного датчика) для детектирования состояния связывания между слоистым элементом 12А и слоистым элементом 12 В на основе двойного лучепреломления. Например, оптоволокно 16 является одномодовым волокном с диаметром оболочки 125 мкм и круговым поперечным сечением.
[0032] Адгезив 14 выполнен, например, в виде связывающего слоя. Хотя здесь отсутствует конкретное ограничение, касающееся типа адгезива 14, тем не менее, может использоваться, например, адгезив на основе эпоксидного полимера.
Перед связыванием вместе слоистых элементов 12А и 12В с помощью адгезива 14 по меньшей мере один из них отверждается.
Кроме того, хотя плоские формы слоистых элементов 12А и 12В, показанные на фиг. 1, являются прямоугольными, тем не менее, они показаны просто в качестве примера, при этом плоские формы слоистых элементов 12А и 12В не ограничиваются прямоугольными формами. Кроме того, формы слоистых элементов 12А и 12В не обязательно должны быть плоскими формами.
[0033] Оптоволокно 16, показанное на фиг. 1, многократно изогнуто, при этом входной конец 16А светового потока и выходной конец 16В светового потока оптоволокна выступают из одних и тех же сторон слоистых элементов 12А и 12В. Однако такое решение является просто примером. Оптоволокно 16 не обязательно должно быть размещено в изогнутой форме, при этом входной конец 16А светового потока и выходной конец 16В светового потока могут выступать с разных сторон слоистых элементов 12А и 12В. Кроме того, световой поток может входить и выходить из одного и того же конца оптоволокна 16.
Кроме того, хотя показанное на фиг. 1 оптоволокно 16 размещено между слоистым элементом 12А и слоистым элементом 12В для его встраивания в адгезив 14, это решение не является ограничительным, при этом оптоволокно 16 не обязательно должно быть встроено в адгезив.
[0034] Кроме того, как показано на фиг. 2, входной конец 16А и выходной конец 16В оптоволокна 16 по отдельности присоединены к устройству 22 измерения и диагностики с помощью соединителей 20. Устройство 22 измерения и диагностики принимает световой поток, имеющий заданную длину волны, из входного конца 16А оптоволокна 16, и детектирует световой поток, прошедший через оптоволокно 16, на выходном конце 16 В для получения оптического спектра.
[0035] Слоистые элементы 12А и 12В связывают вместе посредством приложения к ним давления с размещенным между ними адгезивом 14. Когда к слоистым элементам 12А и 12В прикладывают давление, то давление также прикладывают к оптоволокну 16.
[0036] Когда к оптоволокну 16 не прикладывают давление, оптический спектр имеет лишь один пик, как показано на фиг. 3. С другой стороны, когда к оптоволокну 16 прикладывают давление только в заданном направлении, то поперечное сечение оптоволокна 16, имеющее первоначально круговую форму, деформируется и принимает, например, эллиптическую форму (уплощенную круговую форму или вытянутую круговую форму), как показано на фиг. 4. Таким образом, форма оптического спектра изменяется с образованием множества (например, двух) пиков. Это называется двойным лучепреломлением оптоволокна 16.
[0037] То есть, когда слоистые элементы 12А и 12В связаны вместе посредством соответствующего приложения давления, давление прикладывают к оптоволокну 16 в двух направлениях, относящихся к слоистым элементам 12А и 12В, при этом оптический спектр оптоволокна 16 имеет множество пиков, обусловленных двойным лучепреломлением. Посредством использования оптоволокна 16 в качестве датчика давления, как изложено выше, становится возможным детектировать состояние связывания между слоистыми элементами 12А и 12В.
[0038] В первом варианте осуществления, в котором связанные элементы являются слоистыми элементами 12А и 12В из углеволокнистых композитов, когда слоистые элементы 12А и 12В связывают вместе посредством использования устройства создания избыточного давления (например, автоклава в первом варианте осуществления), состояние связывания детектируют на основе двойного лучепреломления оптоволокна 16. Таким образом, в первом варианте осуществления можно детектировать, связаны ли элементы вместе надлежащим образом, когда в качестве элементов связывают вместе слоистые элементы 12А и 12В из углеволокнистых композитов.
[0039] Ниже со ссылками на фиг. 5 и 6 описаны результаты испытания первого варианта осуществления.
Фиг. 5 и 6 показывают результаты испытания, в которых неотвержденный адгезив 14 был размещен между слоистыми элементами 12А и 12В, а оптоволокно 16 было встроено между адгезивом 14, слоистым элементом 12А и слоистым элементом 12В.
[0040] Фиг. 5 представляет собой график, показывающий изменения оптического спектра оптоволокна 16 в процессе, в котором слоистые элементы 12А и 12В были закрыты мешком, имеющим внутреннее давление ниже атмосферного давления (вакуум), при этом внутри автоклава давление и температура были увеличены.
[0041] Как показано на фиг. 5, до приложения давления внутри автоклава в оптическом спектре имелся лишь один пик. При приложении давления пик в оптическом спектре уменьшился и разделился на два, а после приложения давления в оптическом спектре проявились два пика. Два пика указывают на то, что форма поперечного сечения оптоволокна 16, которая изначально была круговой, деформировалась и изменилась на эллиптическую форму вследствие приложенного к оптоволокну 16 давления, что привело в результате к двойному лучепреломлению. То есть пики указывают на то, что к слоистым элементам 12А и 12В было приложено давление.
На фиг. 5 показано, что положение пика смещается к более высоким частотам в процессе до, в течение и после создания избыточного давления. Это обусловлено тем, что вследствие создания избыточного давления возросла температура связанной конструкции 10.
[0042] Затем на следующем этапе температура увеличивалась. В соответствии с фиг. 5 температура была более высокой в течение увеличения_2 температуры, чем в течение увеличения_1 температуры.
В то время как температура увеличивалась, пик оптического спектра сходился обратно к одному пику. Это обусловлено тем, что вязкость адгезива 14 уменьшилась вследствие увеличения температуры, так что неосесимметричное давление, приложенное к оптоволокну 16 лишь в заданном направлении, уменьшилось, при этом деформация формы поперечного сечения оптоволокна 16 частично ослабела. Даже когда давление, приложенное к оптоволокну 16, уменьшилось, на слоистых элементах 12А и 12В сохранилось давление, необходимое для связывания.
[0043] Затем после увеличения температуры происходило отверждение адгезива 14 и связывание вместе слоистых элементов 12А и 12В.
[0044] С другой стороны, фиг. 6 показывает изменения оптического спектра оптоволокна 16 в процессе, когда слоистые элементы 12А и 12В не были закрыты мешком, а давление и температура внутри автоклава повышались. То есть к слоистым элементам 12А и 12В было приложено гидростатическое давление.
[0045] Как показано на фиг. 6, форма оптического спектра существенно не изменилась и осталась прежней перед и после приложения давления внутри автоклава без разделения пика на два пика.
Кроме того, даже в течение увеличения температуры форма оптического спектра не изменялась за исключением того, что положение пика сместилось к более высоким частотам.
Это обстоятельство указывает на то, что при гидростатическом давлении не было приложено достаточное давление к слоистым элементам 12А и 12В, необходимое для связывания, вследствие наличия в адгезиве 14 пустот и т.д.
[0046] Результаты, изображенные на фиг. 5 и 6, наглядно показывают, что для связывания конструкции 10 по первому варианту осуществления предпочтительно покрывать мешком слоистые элементы 12А и 12В, зажимающие адгезив 14 и оптоволокно 16, а затем уменьшать давление внутри мешка до значения, меньшего атмосферного давления, и детектировать состояние связывания слоистых элементов 12А и 12В на основе двойного лучепреломления оптоволокна 16 при приложении давления внутри автоклава.
[0047] В стандартном процессе изготовления выполняют вакуумную откачку мешка и поддерживают его в этом состоянии до тех пор, пока не закончится формование, или выполняют вакуумную откачку и открывают мешок в атмосферу, когда давление становится равным 1 атм или выше. Кроме того, автоклав открывают в атмосферу, когда адгезива 14 отверждается, начинается охлаждение и температура становится равной 60°С или ниже.
[0048] С другой стороны, при испытании первого варианта осуществления, показанного на фиг. 5, после выполнения вакуумной откачки из внутренней части мешка, мешок открыли в атмосферу перед началом охлаждения после отверждения адгезива 14. Кроме того, автоклав открыли в атмосферу перед началом охлаждения после отверждения адгезива 14.
Соответственно, к слоистым элементам 12А и 12 В непрерывно прикладывали давление до тех пор, пока не произошло отверждение адгезива 14, так что связывание слоистых элементов 12А и 12В вместе происходило более надежным образом.
[0049] Кроме того, было подтверждено, что если охлаждение начинали при некотором приложенном давлении, то форма поперечного сечения оптоволокна 16 снова изменялась до эллиптической формы, что приводило в результате к двойному лучепреломлению. В соответствии с этим явлением в оптическом спектре снова возникало множество пиков (два). Посредством использования этого явления можно объединять множество связанных конструкций 10, например, с целью использования в качестве конструктивного элемента самолета и для детектирования состояния отделения слоистых элементов 12А и 12В в реальном времени посредством измерения оптического спектра даже во время полета самолета. Это обусловлено тем, что когда слоистые элементы 12А и 12В отделяются друг от друга, частично устраняется изменение формы поперечного сечения оптоволокна 16, так что оптический спектр имеет только один пик.
[0050] Второй вариант осуществления изобретения.
Ниже приведено описание второго варианта осуществления данного изобретения.
[0051] Фиг. 7 представляет собой покомпонентный вид в аксонометрии связанной конструкции 10 в соответствии со вторым вариантом осуществления. Фиг. 8 представляет собой покомпонентный вид в вертикальном разрезе связанной конструкции 10 в соответствии со вторым вариантом осуществления.
Как показано на фиг. 7 и 8, в связанной конструкции 10 в соответствии со вторым вариантом осуществления твердые элементы 30, являющиеся твердыми предметами, вставлены между оптоволокном 16 и по меньшей мере одним из слоистого элемента 12А или слоистого элемента 12В.
[0052] Пример, показанный на фиг. 7 и 8, представляет собой конфигурацию для проведения испытания и измерения различия в изменениях формы оптического спектра в зависимости от наличия или отсутствия твердых элементов 30, которые рассмотрены ниже. При этом использовались оптоволокно 16_1 без соответствующего вставленного твердого элемента 30 и оптоволокна 16_2 и 16_3, с соответствующими вставленными твердыми элементами 30. Кроме того, для измерения температуры в окрестности каждого из оптоволокон 16 на верхней поверхности слоистого элемента 12А расположен датчик 32 температуры для каждого оптоволокна 16. Датчик температуры 32 является, например, термопарой.
[0053] Твердый элемент 30 вставлен между оптоволокном 16_2 и слоистым элементом 12В. Кроме того твердый элемент 30 вставлен между оптоволокном 16_3 и адгезивом 14.
[0054] Например, твердые элементы 30 выполнены из отвержденного адгезива, к примерам которого относятся адгезивы с химическим твердением, с термическим твердением и термопластичные адгезивы.
Адгезив с химическим твердением является адгезивом, реакция отверждения которого протекает, например, когда смешивают вместе две жидкости, а именно, основной реагент и отверждающий реагент. Примером такого адгезива является ЕА9394 от компании Henkel.
Адгезив с термическим твердением является адгезивом, реакция отверждения которого протекает, когда к адгезиву извне подводят тепло. Примером такого адгезива является FM300-2 от компании Cytec.
Термопластичный адгезив является адгезивом, реакция отверждения которого протекает в результате реакции полимеризации, возникающей вследствие подведения тепла к адгезиву, а затем рассеивания тепла. Примером такого адгезива является полимер PPS (полифенилсульфидный полимер).
Кроме того в качестве твердого элемента 30 могут использоваться регулировочные прокладки, такие как неотверждаемые препреги, используемые для регулирования зазоров в участках связывания.
[0055] Во втором варианте осуществления в качестве примера твердых элементов 30 был использован элемент, образованный посредством отверждения вышеупомянутого адгезива FM300-2 от компании Cytec. Во втором варианте осуществления, например в качестве адгезива 14, также был использован адгезив FM300-2 от компании Cytec.
Поскольку твердые элементы 30 выполнены посредством отверждения адгезива того же типа, что и адгезив 14, как описано выше, так, чтобы твердые элементы 30 и адгезив 14 объединились (ассимилировали) в процессе связывания связанной конструкции 10, то твердые элементы 30 не становятся посторонними включениями в связанной конструкции 10, при этом прочность в окрестности участков, в которые вставлены твердые элементы 30, не снижается.
Кроме того, выбор из адгезивов с химическим твердением, с термическим твердением, термопластичных адгезивов и адгезивов других типов, которые являются пригодными для использования в качестве твердых элементов 30, зависит от формы твердых элементов 30, типа используемого адгезива 14 и т.д.
[0056] Кроме того, например, твердые элементы 30 выполнены в форме пластины с размером 20 × 5 мм, при этом направление их длины выровнено с направлениями оптоволокон 16. Твердые элементы 30 не обязательно должны быть вставлены совместно со всеми оптоволокнами 16, так как достаточно вставить твердые элементы 30 в зоны, связанные с чувствительными участками оптоволокон 16. Форма твердых элементов 30 не обязательно должна быть прямоугольной формой, она может быть квадратной, многоугольной, отличной от прямоугольной формы, круговой формой и т.д. Кроме того, толщину твердых элементов 30 выбирают так, что полная толщина оптоволокон 16 и твердых элементов 30 меньше толщины связывающего слоя, образованного из адгезива 14.
[0057] Фиг. 9 представляет собой схематическую иллюстрацию процесса связывания связанной конструкции 10.
Прежде всего, для образования связанной конструкции 10, слоистый элемент 12А, адгезив 14, оптоволокна 16 и слоистый элемент 12В складывают в перечисленном порядке (фиг. 9(a)).
Затем ламинированный блок покрывают мешком 40 (фиг. 9(b)).
После этого выполняют вакуумную откачку из внутренней части мешка 40, устанавливая внутреннее давление меньше атмосферного давления (фиг. 9(c)), при этом между внутренней и наружной частью мешка 40 возникает перепад давления, равный приблизительно 1 атм.
Затем снаружи к мешку 40 прикладывают заданное давление (создание давления автоклавом) (фиг. 9(d)). Это приводит к перепаду давления между внутренней и наружной частью мешка 40, которое превышает величину приблизительно 1 атм.
После этого снаружи мешка 40 подводят тепло при заданной температуре (нагрев автоклавом) (фиг. 9(e)).
Затем после охлаждения в течение заданного периода времени завершают отверждение адгезива 14 с формированием тем самым связанной конструкции 10 (фиг. 9(f)).
[0058] Фиг. 10 представляет собой график, показывающий изменения величины неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_1, 16_2 и 16_3 в начальном процессе создания избыточного давления. Начальный процесс создания избыточного давления относится к процессу, показанному на фиг. 9(c) и (d). Величина неосесимметричных деформаций относится к величине деформаций с образованием эллиптических форм, вызванных созданием избыточного давления оптоволокон 16, при этом данная величина получена на основании формы оптического спектра.
На фиг. 10 вертикальная ось относится к перепаду давления между внутренней и наружной частью мешка 40, температуре и величине неосесимметричных деформаций, а горизонтальная ось относится к времени. Значение 0 атм по вертикальной оси соответствует случаю, когда давление внутри мешка 40 было равно атмосферному давлению, при этом снаружи давление не было приложено.
Кроме того, отсутствовали значительные различия между температурами, измеряемыми датчиками 30 температуры, связанными с оптоволокнами 16_1, 16_2 и 16_3, и теми же температурами, которые существенно изменились по прошествии времени.
[0059] Участок А на фиг. 10 соответствует случаю, когда была выполнена вакуумная откачка из внутренней части мешка 40, фиг. 9(c), при этом величина неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_2 и 16_3 увеличилась, когда давление было изменено до 1 атм. Величина неосесимметричных деформаций на участке А имеет пик на начальном этапе. Причина этого заключается в нижеследующем. Когда к оптоволокнам 16_2 и 16_3 было приложено давление, то хотя величина неосесимметричных деформаций становится максимальной на начальном этапе, поскольку оптоволокна 16_2 и 16_3 под действием давления проникают в твердые элементы 30, тем не менее, усилие, приложенное к оптоволокнам 16_2 и 16_3, было частично ослаблено, при этом величина неосесимметричных деформаций уменьшилась.
[0060] Участок В соответствует случаю, когда внутренняя часть мешка 30, находившаяся в состоянии разрежения, была открыта, соответственно, были ослаблены неосесимметричные деформации оптоволокон 16_2 и 16_3. Участок В был выделен экспериментально для измерения неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_2 и 16_3, при этом в фактическом начальном процессе создания избыточного давления вышеуказанная операция не выполнялась.
[0061] Участок С соответствует случаю, когда была продолжена вакуумная откачка из внутренней части мешка 40, при которой величина неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_2 и 16_3 увеличилась, аналогично участку А.
Для обоих участков А и С чувствительность оптоволокна 16_3, совместно с которым был вставлен твердый элемент 30 в зазор с адгезивом 14, была выше, чем чувствительность оптоволокна 16_2, совместно с которым был вставлен твердый элемент 30 в зазор со слоистым элементом 12В.
Таким образом, представляется предпочтительным вставлять твердые элементы 30 между оптоволокнами 16 и адгезивом 14. Посредством этого обеспечивается возможность более точного определять, связаны ли элементы вместе надлежащим образом даже в течение процесса связывания конструкции 10, в которой слоистые элементы 12А и 12В еще не были связаны вместе или связываются вместе.
[0062] Участок D соответствует случаю создания избыточного давления автоклавом (фиг. 9(d)) с максимальным давлением 7 атм. При приложении давления величина неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_2 и 16_3 увеличивалась. При этом реакция оптоволокна 16_2 была медленнее реакции оптоволокна 16_3.
[0063] Участок E соответствует случаю, когда давление было сброшено, причем давление уменьшилось до 1 атм, при этом неосесимметричные деформации оптоволокон 16_2 и 16_3 были ослаблены. Участок E был выделен экспериментально для измерения неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_2 и 16_3, при этом в фактическом начальном процессе создания избыточного давления вышеуказанная операция не выполнялась.
[0064] Участок F соответствует случаю, когда было возобновлено создание давления автоклавом, в это время величина неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_2 и 16_3 увеличилась аналогично участку D.
При приложении давления величина неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_2 и 16_3 увеличивалась. Однако когда началось нагревание, адгезив 14 постепенно размягчался, так что частично ослаблялось усилие, приложенное к оптоволокнам 16_2 и 16_3, при этом величина неосесимметричных деформаций постепенно уменьшилась.
[0065] Изменения величины неосесимметричной деформации оптоволокна 16_1, совместно с которым твердый элемент 30 не был вставлен, были меньше по сравнению с изменениями величины неосесимметричной деформации оптоволокон 16_2 и 16_3.
Причиной этого является то, что поскольку твердый элемент 30 не был вставлен совместно с оптоволокном 16_1, когда было приложено давление, оптоволокно 16_1 проникло в адгезив 14 вместо того, чтобы к нему было приложено усилие, так что форма оптоволокна 16_1 не изменилась. С другой стороны, посредством твердых элементов 30 было предотвращено проникновение в адгезив 14 оптоволокон 16_2 и 16_3, совместно с которыми были вставлены твердые элементы 30. Таким образом, к оптоволокнам 16_2 и 16_3 было приложено усилие, при этом их формы изменились, что привело к изменениям величины неосесимметричных деформаций. Посредством этого обеспечивается возможность определить, связаны ли эти элементы вместе надлежащим образом даже в течение процесса связывания связанной конструкции 10.
[0066] Кроме того, результаты испытаний, изображенные на фиг. 10, наглядно показывают, что чувствительность оптоволокна 16_3, совместно с которым твердый элемент 30 был вставлен в зазор с адгезивом 14, была выше чувствительности оптоволокна 16_2, совместно с которым твердый элемент 30 был вставлен в зазор со слоистым элементом 12В. Это обусловлено тем, что твердый элемент 30, вставленный в зазор с адгезивом 14, сильнее препятствует проникновению соответствующего оптоволокна 16 в адгезив 14 по сравнению со случаем, когда твердый элемент 30 был вставлен в зазор со слоистым элементом 12 В.
Таким образом, представляется предпочтительным вставлять твердые элементы 30 между оптоволокнами 16 и адгезивом 14. Соответственно, во втором варианте осуществления можно более точно определить, связаны ли элементы вместе надлежащим образом даже в течение процесса связывания связанной конструкции 10, в которой слоистые элементы 12А и 12В еще не были связаны вместе или связываются вместе.
[0067] Фиг. 11 представляет собой график, показывающий изменения величины неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_1, 16_2 и 16_3 в процессе нагревания и охлаждения. Начальный процесс создания избыточного давления показан на фиг. 9(е) и (f).
На фиг. 11 вертикальная ось соответствует величине неосесимметричных деформаций и температуру, а горизонтальная ось соответствует времени.
Следует отметить, что, хотя величина неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_2 и 16_3 увеличивалась и уменьшалась даже перед началом нагревания (от 0 до непосредственно после 100 минут), эти увеличения и уменьшения объясняются большими изменениями в оптическом спектре, обусловленными вакуумной откачкой, созданием избыточного давления и т.д. в мешке 40, что привело к неправильному подсчету неосесимметричных деформаций.
[0068] Как показано на фиг. 11, на раннем этапе нагревания величина неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_2 и 16_3 была большой. С другой стороны, величина неосесимметричной деформации оптоволокна 16_1 не претерпевала значительного изменения.
Причина этого заключается в следующем. Поскольку адгезив 14 при нагревании размягчался, то оптоволокно 16_1 проникало в адгезив 14 вместо того, чтобы к нему было приложено усилие. С другой стороны, твердые элементы 30 препятствовали проникновению оптоволокон 16_2 и 16_3 в адгезив 14, так что к оптоволокнам 16_2 и 16_3 было приложено усилие, при этом их форм изменились.
[0069] Однако при увеличении температуры происходило дальнейшее размягчение адгезива 14, при этом частично было ослаблено усилие, приложенное к оптоволокнам 16_2 и 16_3, так что величина неосесимметричных деформаций постепенно уменьшалась.
Что касается оптоволокна 16_1, совместно с которым был вставлен твердый элемент 30, то значительное изменение величины неосесимметричной деформации отсутствовало даже при увеличении температуры.
[0070] После завершения нагревания температура уменьшилась и начиналось охлаждение, при этом происходило отверждение адгезива 13, а усилие, приложенное к оптоволокнам 16_1, 16_2 и 16_3, возрастало. Соответственно, величина неосесимметричных деформаций оптоволокон 16_1, 16_2 и 16_3 увеличивалась.
[0071] Фиг. 12 представляет собой вид в вертикальном разрезе примера, в котором твердые элементы 30 вставлены между оптоволокном 16 и слоистым элементом 12А, а также оптоволокном 16 и слоистым элементом 12В. В случае этого способа необходимо вставить твердые элементы 30 так, чтобы оптоволокно 16 оказалось встроенным в адгезив 14 после отверждения связанной конструкции 10.
[0072] Фиг. 13 представляет собой вид в вертикальном разрезе примера, в котором твердые элементы 30 имеют трубчатую форму вместо пластинчатой формы. Также при этом способе необходимо вставить твердые элементы 30 так, чтобы оптоволокно 16 оказалось встроенным в адгезив 14 после отверждения связанной конструкции 10.
[0073] Как описано выше, в связанной конструкции 10 в соответствии со вторым вариантом осуществления твердый элемент 30 вставлен между оптоволокном 16 и по меньшей мере одним из слоистого элемента 12А и слоистого элемента 12В
Соответственно, в связанной конструкции 10 в соответствии со вторым вариантом осуществления можно определять, связаны ли элементы вместе надлежащим образом даже когда слоистые элементы 12А и 12В еще не были связаны вместе или связываются вместе.
[0074] Хотя данное изобретение описано выше в контексте описанных выше вариантов осуществления, технический объем данного изобретения не ограничивается описанными выше вариантами осуществления. Возможно внесение различных модификаций и улучшений в описанные выше варианты осуществления без отклонения от объема данного изобретения, при этом способы, включающие в себя такие модификации и улучшения, также включены в технический объем данного изобретения.
[0075] Например, хотя вышеприведенные варианты осуществления описаны в контексте примеров, в которых связанные элементы представляют собой слоистые элементы 12А и 12В из углеволокнистых композитов, без ограничения этим, в соответствии с данным изобретением, например, связанные элементы могут представлять собой армированные волокнами композитные элементы на основе полимера, которые армированы стекловолокнами и т.д., или металлические элементы, такие как алюминиевые сплавы.
Список номеров позиций
10
связанная конструкция
12А
слоистый элемент
12В
слоистый элемент
14
адгезив
16
оптоволокно
30
твердый элемент