基于光纖傳感技術的結構熱屬性與應變場監(jiān)測研究.pdf

1、航空航天結構在極端環(huán)境下受到熱、力、磁、電等多物理場耦合作用,其結構健康狀態(tài)很大程度上與所受熱、力載荷分布特性密切相關。一方面,航空航天結構受溫度影響發(fā)生變形,材料特性發(fā)生退化,使得力學承載能力減弱。另一方面,大型壓力容器結構服役過程中,筒壁承受壓力和腐蝕而變薄,使得結構安全存在隱患。因此有必要研究相應結構熱屬性與力學特性測試診斷方法,為結構服役安全狀態(tài)的精確評估提供依據。光纖光柵傳感器能感測材料和結構中的應力應變、溫度、位移等70余種

2、物理量,并且具有質量輕,頻寬大,抗干擾,適應力強等優(yōu)越性能,滿足高精度、長距離和分布式監(jiān)測需求。因此,本文研究基于光纖傳感技術的典型航空航天材料與結構熱屬性、應變場監(jiān)測方法,主要工作包括以下幾個方面:
　　首先,針對碳纖維復合材料熱膨脹與熱擴散屬性監(jiān)測需求,構建了碳纖維圓筒結構熱力學模型,數值模擬得到其熱應變分布情況。提出一種基于光纖光柵傳感器的熱膨脹系數監(jiān)測方法,實現了熱循環(huán)條件下的熱膨脹系數變化趨勢監(jiān)測。此外,還提出了一種基于

3、光纖水熱平衡法的碳纖維復合材料圓筒熱擴散系數測量方法,并驗證了該方法的可行性與可靠性。
　　其次,針對金屬板狀結構在熱載荷下溫度動態(tài)分布監(jiān)測需求,采用有限元方法對金屬結構、復合材料結構進行熱力學建模分析。通過構建分布式光纖Bragg光柵傳感網絡,實現對金屬板狀結構關鍵區(qū)域溫度分布的有效監(jiān)測。通過多傳感器的信息融合,設計了基于 MATLAB的數據采集與處理GUI界面,實現了結構溫度云圖在線實時顯示。
　　再次,針對大型壓力容器