【摘要】：薄壁結(jié)構(gòu)件廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車(chē)等行業(yè),如飛機(jī)機(jī)翼、衛(wèi)星太陽(yáng)能板、艦船甲板、火箭推進(jìn)器殼體等均為薄壁結(jié)構(gòu)件,其變形檢測(cè)技術(shù)是各類(lèi)高端機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)之一,具有廣泛的工程應(yīng)用前景。目前,基于光纖光柵傳感技術(shù)的薄壁結(jié)構(gòu)件的應(yīng)變檢測(cè)與變形重構(gòu)是該領(lǐng)域重要的研究方向之一。針對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)件形態(tài)變化實(shí)時(shí)感知與重構(gòu)的技術(shù)要求,本文首先設(shè)計(jì)了一種光纖光柵應(yīng)變?cè)雒魝鞲衅鲬?yīng)用于薄壁結(jié)構(gòu)件變形時(shí)的應(yīng)變檢測(cè);然后,建立了基于分布應(yīng)變信息的薄壁結(jié)構(gòu)件變形重構(gòu)算法;最終,構(gòu)建了基于應(yīng)變-變形的薄壁結(jié)構(gòu)件變形檢測(cè)系統(tǒng)。論文所做的主要研究工作與貢獻(xiàn)如下:(1)針對(duì)傳統(tǒng)光纖光柵應(yīng)變傳感器難以滿(mǎn)足薄壁結(jié)構(gòu)件變形重構(gòu)對(duì)應(yīng)變測(cè)量精度的高要求,通過(guò)對(duì)光纖光柵應(yīng)變傳遞原理的分析,設(shè)計(jì)了一種基于杠桿結(jié)構(gòu)增敏原理的光纖光柵應(yīng)變傳感器。結(jié)合理論與實(shí)驗(yàn),對(duì)該傳感器的傳感特性進(jìn)行研究,結(jié)果表明該傳感器的應(yīng)變靈敏度是傳統(tǒng)直接粘貼式光纖光柵應(yīng)變傳感器的5~6倍,其應(yīng)變測(cè)量精度與穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于裸光纖光柵,能夠滿(mǎn)足薄壁結(jié)構(gòu)件變形過(guò)程中的應(yīng)變檢測(cè)要求。(2)針對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與變形特征,結(jié)合彈性力學(xué)理論與有限元分析方法,建立了薄壁結(jié)構(gòu)件應(yīng)變與變形之間的映射關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了分布應(yīng)變到薄壁結(jié)構(gòu)件連續(xù)曲率信息的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化;分析并改進(jìn)了切角遞推算法,并將其擴(kuò)展為二維曲率遞推算法,從而利用連續(xù)曲率信息構(gòu)建薄壁結(jié)構(gòu)件變形狀態(tài)。通過(guò)仿真對(duì)比分析證明了該算法在薄壁結(jié)構(gòu)件變形檢測(cè)上的有效性。(3)搭建了薄壁結(jié)構(gòu)件變形檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)分布布置改進(jìn)的光纖光柵應(yīng)變?cè)雒魝鞲衅?對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)件不同位置的二維應(yīng)變信息進(jìn)行檢測(cè),繼而利用推導(dǎo)的二維曲率遞推算法對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)件進(jìn)行變形重構(gòu)。利用激光位移傳感器與有限元仿真對(duì)重構(gòu)算法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,二維曲率遞推算法能夠準(zhǔn)確的重構(gòu)薄壁結(jié)構(gòu)件的變形,最大誤差不超過(guò)6%。基于光纖光柵分布傳感的薄壁結(jié)構(gòu)件應(yīng)變檢測(cè)與變形重構(gòu)技術(shù)具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN253;TP212
【圖文】：

圖 1-1 基于曲面片算法的薄板變形重構(gòu)[24]機(jī)翼等薄壁結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)健康與變形檢測(cè)外，法在其他方面也有一定的應(yīng)用。Mieloszyk M 等力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)健康的應(yīng)用，將光纖光柵粘貼于的應(yīng)變分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)其變形與健康狀況的監(jiān)測(cè)置在碳纖維框架上，并將該變形檢測(cè)框架應(yīng)用法通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了有效的驗(yàn)證[28]。國(guó)內(nèi)外眾多高校和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)的，然而傳統(tǒng)的電類(lèi)傳感器與光學(xué)傳感器變形檢壁結(jié)構(gòu)件變形檢測(cè)。而利用光纖光柵對(duì)結(jié)構(gòu)變優(yōu)點(diǎn)，但目前對(duì)于梁結(jié)構(gòu)和近似梁結(jié)構(gòu)的重構(gòu)壁結(jié)構(gòu)件的變形重構(gòu)研究較少，且重構(gòu)算法復(fù)結(jié)構(gòu)的形態(tài)進(jìn)行描述，難以應(yīng)用于非地面動(dòng)態(tài)基于光纖光柵傳感技術(shù)的薄壁結(jié)構(gòu)件變形重構(gòu)

39]-[40]。Liang Ren 等提出了一種光纖光柵管式兩邊固定支架以及管式結(jié)構(gòu)的變直徑設(shè)計(jì)形劑對(duì)光柵柵區(qū)應(yīng)變傳遞的影響；應(yīng)用該理論設(shè)敏度為 1.996pm/με，并將該傳感器應(yīng)用于大壩固定支架夾持管LLfLg光纖光柵圖 1-3 管式光纖光柵增敏原理與結(jié)構(gòu)[41]示，LI 等利用同樣的方法設(shè)計(jì)了應(yīng)變?cè)雒粜?2.52pm/με)；并將其應(yīng)用于公路橋梁上的長(zhǎng)梁橋箱梁上的 24 個(gè)應(yīng)變傳感器與 6 個(gè)溫度系[42]。

(c)圖 1-5 MOI 商用基片式應(yīng)變傳感器 (a)膠粘式 (b)焊接式 (c)溫度補(bǔ)償Guo 等人通過(guò)柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種能夠增敏應(yīng)變的光纖光柵傳感器本結(jié)構(gòu)與原理如圖 1-6 所示，將 L 段內(nèi)的應(yīng)變通過(guò)柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)集中于 L提高光纖光柵應(yīng)變監(jiān)測(cè)靈敏度。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知其應(yīng)變靈敏度可以達(dá)357pm/με，且具有良好的線性度與重復(fù)性，然而其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以進(jìn)行大批產(chǎn)[44]。粘接劑 光纖光柵 彈性鉸鏈光纖尾纖LFL圖 1-6 鉸鏈?zhǔn)綉?yīng)變?cè)雒艚Y(jié)構(gòu)

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本文編號(hào)：2748100