基于光纖傳感技術(shù)的結(jié)構(gòu)熱屬性與應(yīng)變場監(jiān)測研究.pdf

1、航空航天結(jié)構(gòu)在極端環(huán)境下受到熱、力、磁、電等多物理場耦合作用,其結(jié)構(gòu)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(guān)。一方面,航空航天結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)服役過程中,筒壁承受壓力和腐蝕而變薄,使得結(jié)構(gòu)安全存在隱患。因此有必要研究相應(yīng)結(jié)構(gòu)熱屬性與力學特性測試診斷方法,為結(jié)構(gòu)服役安全狀態(tài)的精確評估提供依據(jù)。光纖光柵傳感器能感測材料和結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力應(yīng)變、溫度、位移等70余種

2、物理量,并且具有質(zhì)量輕,頻寬大,抗干擾,適應(yīng)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(shù)的典型航空航天材料與結(jié)構(gòu)熱屬性、應(yīng)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(fù)合材料熱膨脹與熱擴散屬性監(jiān)測需求,構(gòu)建了碳纖維圓筒結(jié)構(gòu)熱力學模型,數(shù)值模擬得到其熱應(yīng)變分布情況。提出一種基于光纖光柵傳感器的熱膨脹系數(shù)監(jiān)測方法,實現(xiàn)了熱循環(huán)條件下的熱膨脹系數(shù)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(fù)合材料圓筒熱擴散系數(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進行熱力學建模分析。通過構(gòu)建分布式光纖Bragg光柵傳感網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)對金屬板狀結(jié)構(gòu)關(guān)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(shè)計了基于 MATLAB的數(shù)據(jù)采集與處理GUI界面,實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)溫度云圖在線實時顯示。
　　再次,針對大型壓力容器