基于FBG光譜分析的變體機翼柔性蒙皮損傷監(jiān)測技術研究.pdf

1、本文以變體機翼飛行器為研究對象,以變體機翼飛行器結構健康監(jiān)測的新需求為出發(fā)點,結合光纖布拉格光柵傳感器、先進復合材料結構、結構健康監(jiān)測原理展開研究,提出利用光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)傳感器應變傳感原理和非均勻反射譜變化特性進行損傷監(jiān)測與主動變形監(jiān)測的方法。
　　主要研究內容如下:
　　(1)光纖布拉格光柵非均勻反射譜重構算法研究方面:
　　在經典龍格-庫塔算法和傳輸矩陣算法的基礎上

2、,將梯度因子引入傳輸矩陣算法中,獲得了一種迭代速率高且跟蹤應變場變化更為精準的改進傳輸矩陣算法。驗證試驗表明:改進傳輸矩陣算法迭代速率(提高4倍以上)和重構準確性有了明顯提高。
　　(2)變體機翼柔性蒙皮損傷監(jiān)測研究方面:
　　研究了復合材料波紋形柔性蒙皮在拉伸載荷下鋪層損傷失效過程;進行有限元分析,預測了鋪層失效次序和臨界失效載荷;利用改進傳輸矩陣算法對預測失效鋪層的臨界失效光譜進行重構;提出以光纖布拉格光柵傳感器非均勻反

3、射譜反射峰變化監(jiān)測復合材料波紋形柔性蒙皮漸進損傷的方法。靜態(tài)拉伸實驗結果表明:有限元分析鋪層失效次序、對應臨界光譜均與實驗研究結果基本一致,臨界失效載荷最大誤差為8.6％。
　　研究了復合材料蒙皮-蜂窩芯結構拉伸載荷下的力學特性和失效過程;提出利用 FBG傳感器非均勻反射譜反射峰規(guī)律性變化模式監(jiān)測復合材料蜂窩芯結構失效過程的方法。實驗研究表明:復合材料蜂窩芯結構失效過程中存在著FBG反射譜規(guī)律性的變化,結合有限元分析和拉伸特性曲線

4、,光譜變化規(guī)律可有效描述復合材料蜂窩芯結構失效過程。
　　(3)復合材料柔性曲面變形監(jiān)測與曲面重構研究方面:
　　以FBG應變傳感原理為基礎,建立各傳感器封裝位置實時曲率變化與中心波長的對應關系;采用一種非視覺傳感方法實時動態(tài)監(jiān)測復合材料柔性蜂窩芯曲面結構的變形位置。驗證試驗表明:重構曲面與實驗視覺記錄結果吻合且監(jiān)測系統響應迅速。
　　本文在FBG非均勻反射譜重構算法改進,光譜分析應用方面的探索,將FBG非均勻反射譜特