Monitoring of hygrothermal ageing effects in an epoxy resin using FBG sensor: A methodological study

John Botsis, Joël Cugnoni, Dimitrios Karalekas
Elsevier, 2009
Article

This study demonstrates the feasibility of using fibre Bragg grating (FBG) sensors to monitor the effects of hygrothermal ageing on the axial strains in a cylindrical epoxy specimen with a centrally located optical glass fibre. A 24 mm long FBG, inscribed on the fibre, is used to monitor the moisture absorption in the epoxy, immersed in distilled water at 50 degrees C for 2330 h. Hygromechanical simulations support the experimental strain data when the first part of the absorption process is neglected or when a variable coefficient of moisture expansion is used. Also, the effects of using average moisture or when it is distributed according to Fick's law are negligible. The FBG response also indicates the appearance of progressive debonding after sufficient exposure to moisture. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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John Botsis, Dragan Coric, Joël Cugnoni, Marco Lai

It is well known that moisture absorption impairs the mechanical and physical properties of polymers. Conventionally, the material's hygric strains are described as the product of a constant coefficient of moisture expansion (CME) and moisture concentration. This hypothesis, however, has not been thoroughly examined experimentally. In this paper, the hygro-mechanical response of a DGBA based epoxy is reported as a function of moisture uptake. Cylindrical specimens are made of epoxy with an axially located optical fiber that contains a 23 mm Bragg grating sensor (FBG). Strain data from the sensor and from a micrometer are combined with experimental absorption curves to determine the resin's CME. The data indicate that diffusion and CME depend on moisture. Analysis of the experiments is carried out by numerical simulations of heat transfer, moisture diffusion and elastic stress analysis of the single fiber composite. The simulated results correlate well with the experimental data. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

2012

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