基于准分布式长标距FBG传感器宏应变技术的损伤识别研究

论文摘要

随着重大工程结构在服役期间遭受各种作用导致抗力衰减和一些重大工程的兴建。一旦这些设施失效,将会导致区域功能瘫痪和生态灾难,造成巨大的经济损失和人员伤亡,为重大工程结构建立一套健康监测系统具有重要的现实意义。损伤识别是结构健康诊断的核心技术之一,虽然发展出多种损伤识别方法,但准确地测量结构的响应信息是损伤识别方法有效的前提。由于结构荷载的复杂性致使结构损伤具有不可预见性,如果采用电阻应变片技术,其测量准确性和工程量之大对于工程应用来说是不可取的。因此,光纤布拉格光栅(FBG)传感器正是在此背景下提出的,并成为目前世界上健康监测领域中的一个研究热点。基于此,本文利用建立的FBG传感器健康监测系统进行损伤识别研究。本文具体内容如下：(1)阐述了课题研究背景意义、国内外学者利用光纤布拉格光栅在健康监测领域的研究现状和光纤布拉格光栅在工程实践中的应用；(2)阐述了光纤布拉格光栅基本原理和损伤识别方法；(3)基于长标距FBG传感器宏应变技术的钢梁损伤定位研究；通过简支钢梁损伤前后的宏应变差值的极大值进行损伤预警、损伤定位、损伤程度识别。试验结果表明长标距FBG应变传感器离损伤位置越远所测的应变值变化越小,故长标距FBG应变传感器所测范围有一定的限制,倘若在预测部位全布长标距FBG应变传感器,可解决此问题；对于弹性构件,圆孔对长标距光纤布拉格光栅应变传感器测量值有一定的影响,尽管长标距应变传感器受到邻近损伤部位的干扰,仍可有效地预警损伤、定位损伤、但尚不能有效地识别损伤程度；(4)基于长标距FBG传感器宏应变技术的组合梁损伤定位和挠度测量研究；首先,利用长标距FBG应变传感器测得的宏应变数据定位组合梁横截面的中性轴位置,通过横截面中性轴位置是否发生变化以确定组合梁是否发生损伤；其次,由长标距FBG应变传感器测得的宏应变数据计算得出组合梁各单元的曲率,各单元的曲率经数据拟合可获得组合梁的曲率方程；最后,曲率方程经二次积分得到构件挠度方程以测得组合梁的挠度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 光纤布拉格光栅传感器原理与损伤识别方法
• 2.1 引言
• 2.2 光纤布拉格光栅传感器
• 2.2.1 光纤传感器分类
• 2.2.2 光纤布拉格光栅传感器基本原理
• 2.2.3 光纤布拉格光栅传感器优点
• 2.3 结构损伤识别方法
• 2.3.1 结构损伤识别概述
• 2.3.2 结构损伤识别方法
• 第三章 基于FBG传感器宏应变技术的简支钢梁损伤识别研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于宏应变技术的损伤识别
• 3.2.1 宏应变
• 3.2.2 基于宏应变技术的损伤识别定位与损伤程度识别
• 3.3 试验方案与试验
• 3.3.1 试验构件
• 3.3.2 光纤光栅解调仪
• 3.3.3 准分布式长标距GFRP-FBG应变传感器
• 3.4 试验步骤
• 3.4.1 布置传感器
• 3.4.2 试验加载程序
• 3.4.3 试验数据测度
• 3.5 试验数据分析
• 3.5.1 试验数据结果
• 3.5.2 基于宏应变技术的损伤预警、损伤定位
• 3.5.3 基于宏应变技术的抗弯刚度损伤程度识别
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于FBG传感器宏应变技术的组合梁损伤识别与挠度测量研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于宏应变技术的损伤识别与挠度测量
• 4.2.1 基于宏应变技术的中性轴定位损伤
• 4.2.2 基于宏应变技术的挠度测量
• 4.3 试验方案与试验
• 4.3.1 试验构件
• 4.3.2 光纤光栅解调仪与数据采集软件
• 4.3.3 光纤熔接机
• 4.3.4 准分布式长标距裸FBG应变传感器
• 4.3.5 传感器布置方案
• 4.4 试验步骤
• 4.4.1 布置传感器
• 4.4.2 布置百分表
• 4.4.3 试验加载程序
• 4.4.4 试验数据测度
• 4.5 试验数据分析
• 4.5.1 基于宏应变技术的中性轴定位损伤
• 4.5.2 基于宏应变技术的挠度测量
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在校期间发表论文