FI117836B - Vahvikerakenne, johon on sijoitettu optisia kuituja - Google Patents

Description

117836

Vahvikerakenne, johon on sijoitettu optisia kuituja Tämän keksinnön kohteena on vahvikerakenne, johon on sijoitettu optisia kuituja siten, että sitä käytetään mittausvälineen osana, ja joka 5 vahvikerakenne on tarkoitettu sijoitettavaksi komposiittimateriaaliin, joka vahvikerakenteen lisäksi käsittää matriisimateriaalia.

Julkaisusta US 5,309,533 tunnetaan komposiittimateriaali, jossa on vahvikerakenne, matriisimateriaali ja optinen kuitu. Optinen kuitu on 10 sijoitettu erillisen kuoren sisään matriisimateriaaliin.

Keksinnön mukaiselle vahvikerakenteelle on tunnusomaista, että vahvikerakenne on muodostettu ainakin yhdestä ommelkankaasta.

15 Keksinnön mukainen vahvikerakenne käsittää kuiduista tekstiilirakenteeksi muodostetun vahvikerakenteen, joka tukee ympäröivää matriisimateriaalia. Jotta vahvikerakennetta voidaan käyttää mittausvälineen osana, siinä tulee olla ainakin yksi optinen kuitu. Koska optiset mittaukset perustuvat tietyn intensiteetin omaavan valon johtamiseen 20 optiseen kuituun ja valon intensiteetin mittaamiseen kuidun toisessa ... päässä, on edullista, että optista kuitua taivutetaan mahdollisimman ; ’! vähän. Tällöin valon intensiteetti säilyy. On kuitenkin mahdollista, että [ * optinen kuitu on vahvikerakenteessa jatkuvana ja tekee vahvikeraken- *· *· teen reunassa lenkin. Edullisesti optinen kuitu on osa jatkuvaa yhden- *r*: 25 suuntaisten kierteettömien kuitujen kimppua tai se on sen ympärille • · ♦ : kiedottujen kuitujen kierteettömänä ytimenä. Kuitukimpun muut kuidut suojaavat optista kuitua vahingoittumiselta, mm. liialliselta vetojännityk-seltä. Vahvikerakenne voi käsittää täytekuteita käsittävän kudeneulok-sen, täytekuteita käsittävän loimineuloksen tai ommelkankaan. Optinen * .***. 30 kuitu voi olla täytekuteessa tai ommelkankaan loimessa ja/tai kuteessa '·*. tai optinen kuitu voi olla useampikerroksisessa ommelkangasraken- [ ' teessä siten, että se on kangaskerrosten välissä olevan kuitumassan joukossa, joka kuitumassa on yleensä satunnaisesti orientoitunutta.

» • · · • · • · • · · 35 Optisen kuidun vetojännitys silloin kun se tuodaan vahvikerakentee-seen pitäisi olla -1 ... +2 N, edullisesti 0 ... +0,5 N. Optinen kuitu syö- 117836 2 tetään vahvikerakenteeseen erillään muista langoista ja sen veto- ja kiertojännitystä seurataan ja säädetään erityisen jännityksenvalvonta-elimen avulla. Jännityksen seuraaminen on tärkeää, jotta optinen kuitu säilyy tehtäväänsä sopivana vahvikerakenteessa. Jännityksenvalvon-5 taelin voi olla esimerkiksi kitkajarru, vetojännitystä siirtävä vetopyö-rästö tai planeettatyyppinen purkulaitteisto. Kitkajarru toimii siten, että optinen kuitu kulkee kitkapintojen välistä, jotka säätävät kuidun jännitystä; Kitkapintojen kireys on säädettävissä. Vetojännitystä siirtävässä vetopyörästössä on ainakin yksi käytöllä varustettu pyörä, joka kuljet-10 taa optista kuitua oleellisesti jännityksettömänä eteenpäin. Planeettatyyppinen purkulaitteisto käsittää ympyrän kehälle asennettuja useampia pyöriä, joiden kehällä kulkiessaan optisen kuidun jännitys tasaan tuu.

15 Edullisessa suoritusmuodossa vahvikerakenne käsittää ommelkankaan. Ommelkankaalla tarkoitetaan malimo-tyyppisellä koneella valmistettua kangasta, jossa on kude- ja loimilankoja, jotka ladotaan suorina ja ne sidotaan ompelupistoilla. Ommelkankaassa voi olla useita kerroksia päällekkäin, ja kude- ja loimilangat eri kerroksissa voivat olla 20 kulmassa toisiinsa ja koneen kulkusuuntaan nähden. Kerrosten välissä :·. voi olla sattumanvaraisesti orientoituneita katkokuituja, jotka sitoutuvat * · · vahvikerakenteeseen ompelupistojen ja/tai sideaineen avulla.

* « · · ** *; Ommelkankaan loimet voivat olla sitä valmistavan koneen pituussuun- 25 nassa tai vinottain, ts. kulma on vapaasti valittavissa. Ommelkankaan V kuteet voivat olla sitä valmistavan koneen leveyssuunnassa tai vinot- ·»· tain, ts. kulma on vapaasti valittavissa. Optinen kuitu voi olla rakenteessa esimerkiksi 0°, 90° tai ±45°:een kulmassa vahvikerakenteen pi-Γ\. tuussuuntaan nähden.

30 • « ·

Keksinnön mukainen mittausvälineen osa on komposiittimateriaalin rakenteeseen kuuluva vahvikerakenne, jollaisia käytetään mm. tuuli- # · *·;·* myllyjen siivissä. Vahvikerakenteeseen voidaan lisätä suhteellisen suuri määrä optisia kuituja, joita voidaan ottaa käyttöön tarvittaessa.

·*·*; 35 Kun jokaiselle optiselle kuidulle on tehty referenssimittaus ennen käyt- • · töönottoa, optinen mittauskuitu voidaan ottaa mittauskäyttöön milloin 117836 3 tahansa. Mittauksia voidaan tehdä esimerkiksi seuraavilla menetelmillä: FBG (fibre Bragg gratings), FB (Fabry-Perot), OTDR (optical time-domain reflectometer), CTOD (crack-tip opening displacements) tai mikrotaivutustekniikka. Optinen kuitu yhdistetään mittausta varten ns. 5 häntäkuituun, joka taas puolestaan voi olla yhdistettynä mittauspanee-liin. Vahvikerakenteen optisten kuitujen suunnassa voidaan seurata rakenteen veto- tai puristusjännityksiä. Kohtisuorat mittaukset yhdistämällä voidaan määrittää alttius lommahdukseen. Mittauksia voidaan tehdä sekä dynaamisessa että staattisessa tilassa.

10

Edullisesti vahvikerakenne käsittää lasikuitua, koska se muodostaa sopivan suojaavan materiaalin optisen kuidun ympärille.

Seuraavassa keksintöä selostetaan viittaamalla oheisiin kuviin, joissa 15

Kuva 1 esittää ommelkangasta päältä päin katsottuna,

Kuva 2 esittää kudelangalla varustettua loimineulosta päältä päin katsottuna, 20 ··. Kuva 3 esittää täytekuteella varustettua kudeneulosta päältä päin ‘ . katsottuna, ja • « ♦ ·

Kuva 4 esittää komposiittimateriaalia poikkileikkauksena.

*··»* 25 »« · : V Kuvassa 1 esitetty ommelkangas käsittää vaakatasossa olevia kuteita ·**": 1, pystysuuntaisia loimia 2 ja kuteet ja loimet sitovia ommellankoja 3.

Optinen kuitu voi olla kuteena 1 tai loimena 2. Optisia kuituja on vahvi-·*·.. kerakenteessa ainakin yksi, mutta niitä voidaan sijoitella tarpeen mu- ;***: 30 kaan rakenteeseen. Yleensä optisia kuituja on enemmän kuin yksi, * , koska niiden sijoittelu vahvikerakenteeseen on helppoa. Kuvassa 1 esitetty ommelkangas voi muodostaa matriisimateriaalin vahvike-rakenteen yksinään tai se voi olla osa useampikerroksista vahvike-:***; rakennetta. Vahvikerakenteen muut kerrokset voivat olla samanlaisia

«M

35 esitetyn kerroksen kanssa, mutta yleensä kerrokset ovat keskenään erilaisia ainakin loimi- ja/tai kudelankojen suunnan suhteen, koska täi- 117836 4 löin saavutetaan kaikissa suunnissa vahvistettu komposiittimateriaali, johon optisia kuituja voidaan sijoittaa kulmassa toisiinsa nähden. Tällöin komposiittimateriaalista voidaan monipuolisesti mitata optisin menetelmin sen muodonmuutosta.

5

Kuvassa 2 on esitetty kudelangalla 4 varustettu loimineulos. Loimineu-loksen loimilankojen 5 sidos on ketjusidos. Optinen kuitu voi olla kude-lanka 4.

10 Kuvassa 3 on esitetty täytekuteella 6 varustettu kudeneulos, joka on resorineulos. Täytekude 6 kulkee resorineuloksen muodostavan langan 7 oikeiden ja nurjien silmukoiden välissä suorana. Optinen kuitu voi olla täytekude 6.

15 Kuvassa 4 on esitetty komposiittimateriaali, joka käsittää matriisimate-riaalin 8 ja kuvan 1 mukaisen vahvikerakenteen, jossa on kuteita 1 ja loimia 2. Ompelupistoja 3 ei ole esitetty kuvassa havainnollisuuden säilyttämiseksi. Kuteet 1 ja loimet 2 muodostuvat yhdensuuntaisten kuitujen muodostamista kuitukimpuista, joiden sisään voi olla sijoitettu-20 na optinen kuitu 9.

• · • · ·

Seuraavassa on esitetty kolme esimerkkiä siitä, millaisiin käyttökohtei- .* [ siin keksinnön mukainen mittausvälineen osa voidaan sijoittaa.

• · · * »· • 25 Esimerkki 1.

• ♦ • · · • · • ·

Komposiittimateriaalista valmistettu tuulimyllyn siipi: Tuulimyllyn siipi on valmistettu siten, että ommelkankaan kude-ja loimilangat muodostavat 45°:een kulman sen kehän säteen kanssa, jonka tuulimyllyn siivet :***; 30 muodostavat pyöriessään ja kude- ja loimilangat ovat kohtisuorassa ««« |. toisiaan vastaan. Vahvikerakenteeseen on sijoitettu sekä kuteen että loimen suuntaan optisia kuituja, jolloin mittaamalla valon intensiteettiä ***** kummankin suuntaisista kuiduista saadaan tietoa siiven mahdollisesta • muodonmuutoksesta. Kun siipeen muodostuu koveruutta tai kuperuutta ·*·*: 35 (katsomissuunnasta riippuen), mitattavat optiset kuidut jännittyvät ja • * 117836 5 optisista kuiduista vastaanotettavan valon intensiteetti laskee. Kun tapahtuu lommahdus, valon intensiteetti saavuttaa miniminsä.

Edellytyksenä optisen kuidun käytölle mittauksissa on, että kunkin opti-5 sen kuidun referenssimittaus normaalitilassa tunnetaan ja tunnetaan myös se raja, milloin mittaustuloksen perusteella tulee ryhtyä toimenpiteisiin, esimerkiksi säätää siiven lapakulmaa, jarruttaa siipeä tai poistaa siipi käytöstä.

10 Esimerkki 2.

Komposiittimateriaalista valmistettu paineastia: Paineastia, joka muodostuu lieriömäisestä osasta, ympyrän muotoisesta pohjasta ja kannesta, valmistetaan komposiittimateriaalista siten, että ainakin sen 15 pohjaosuudessa on ommelkangasta, jonka toisiaan vastaan kohtisuorassa olevissa loimi- ja kudesuunnissa on optisia kuituja. Kun paineastian pohja alkaa liiallisen paineen vaikutuksessa pullistua, pullistuma havaitaan samalla tavoin kuin esimerkin 1 tapauksessakin.

20 Paineastian lieriömäisen osuuden ulkopinnalla voi lisäksi olla vahvike-:·. rakenteen käsittävä tukipanta. Vahvikerakenteessa on optisia kuituja • · a siten, että ne kiertävät paineastian kehän ympäri, jolloin optisia kuituja \ rasittava vetojännitys on havaittavissa mittauksissa. Edullisesti optiset *· kuidut kiertävät useaan kertaan paineastian ympäri, jolloin saadaan 25 luotettavampi mittaustulos. Mittauksista saatuja arvoja verrataan niihin * * : V referenssiarvoihin, jotka on saatu paineastiatestin aikana.

• · · • · • ·

• M

Esimerkki 3.

• * * 4 · .·*·. 30 Komposiittimateriaalista valmistettu tukipalkki: Komposiittimateriaalista valmistetun tukipalkin vahvikerakenteeseen sijoitetaan optisia kuituja ainakin tukipalkin pituussuunnassa. Tällöin voidaan seurata tukipalkin :···: taipumaa. Referenssimittaukset palkille tehdään suorana, jolloin näitä mittauksia voidaan verrata ajan kuluessa saataviin mittaustuloksiin.

:v. 35 • « • * 117836 6

Keksintö ei ole rajoittunut edellä selostettuun, vaan voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Vahvikerakenteita voi olla useampia päällekkäin tai vahvikerakenne voi olla useampikerroksinen.

*» • · * · · • 1 · • · • · · * ·« .

• · • · ♦ · 1 * 1 · • · • · • · · • · • « ·»♦ ·· • 1 • »· » • · • · ··· * 1 ♦ » · • 1 • · * · · • · a • · • · > · • 1 β • 1 • ·

Claims (3)

117836

1. Vahvikerakenne, johon on sijoitettu optisia kuituja (9) siten, että sitä käytetään mittausvälineen osana, ja joka vahvikerakenne on tarkoitettu 5 sijoitettavaksi komposiittimateriaaliin, joka vahvikerakenteen lisäksi käsittää matriisimateriaalia (8), tunnettu siitä, että vahvikerakenne on muodostettu ainakin yhdestä ommelkankaasta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vahvikerakenne, tunnettu siitä, 10 että vahvikerakenne käsittää enemmän kuin yhden kerroksen, jolloin vahvikerakenteessa on loimikerroksia, joiden kulkusuunnat muodostavat keskenään kulman, ja kudekerroksia, joiden kulkusuunnat muodostavat keskenään kulman.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vahvikerakenne, tunnettu siitä, että ommelkankaaseen on sijoitettu optisia kuituja (9) sekä kuteen (1) että loimen (2) suunnassa. ♦ · • · • ·· • · · · · ♦ · • · • · · • * * • · • · · · · • * ·♦ · • · · • · * • * * · • * · ·*· • · · · • · · • · • · ·*·*·.-' • ♦ a · « · • · ··· • · *··· * ·* a · • · · I l'··. 117836