基於FBG的巨型柔性蒙皮結構應變監測機理研究

項目摘要

蒙皮應變監測是臨近空間巨型柔性浮空器健康監測的重要組成部分，對臨近空間浮空平台的安全運行起到預警作用，而國內外尚無成熟的線上監測方法。已有的蒙皮線上監測系統大多採用電阻應變片或者壓電材料等電測法，在實際套用中還存在一定不足。本項目以臨近空間巨型柔性浮空器蒙皮作為研究對象，通過表面貼上式光纖布拉格光柵（FBG）感測技術，對蒙皮應變監測的理論方法進行研究。具體內容包括：建立貼上式FBG普適結構應變傳遞理論模型；在普適模型的基礎上分別建立蒙皮軸向大應變、平面應變及彎曲應變下貼上式FBG應變傳遞理論模型；綜合三種理論模型建立蒙皮組合應變下貼上式FBG感測器應變傳遞理論模型；通過蒙皮應變監測試驗驗證所獲得的應變傳遞理論模型。本項目旨在揭示用於蒙皮應變監測的貼上式FBG應變傳遞機制，為臨近空間巨型柔性浮空器蒙皮健康監測系統的設計奠定理論和技術基礎。

結題摘要

蒙皮應變監測是臨近空間巨型柔性浮空器結構健康監測的重要組成部分，對臨近空間浮空平台的安全運行起到預警作用，而國內外尚無成熟的線上監測方法。已有的蒙皮線上監測系統大多採用電阻應變片或者壓電材料等電測法，在實際套用中還存在一定不足。本項目以臨近空間巨型柔性浮空器蒙皮作為研究對象，通過表面貼上式光纖布拉格光柵（fiber Bragg grating, FBG）感測技術，對蒙皮應變監測的理論方法進行研究。表面貼上式光纖布拉格光柵感測器由於其體積小、靈敏度高、分布或準分散式測量等優點，在航空飛行器、海洋平台等領域的結構健康監測（SHM）中有著廣闊的套用前景。但當FBG感測器貼上於結構表面後，由於光纖與基體結構之間存在著保護層以及黏結劑，且他們的彈性模量相差較大，導致基體結構的實際應變與FBG感測器所測得的應變之間存在一個傳遞係數。對表面貼上式FBG感測器應變傳遞機制的研究具有十分重要的理論和實際意義。首先，從貼上式FBG四層基本結構出發，推導出其應變傳遞方程，得到沿感測器標距各點的應變傳遞率及平均應變傳遞率，通過有限元仿真驗證了理論方程的有效性，並分析了感測器各層材料的物理參數對平均應變傳遞率的影響。然後，分析了加入襯底層的六層結構應變傳遞機制，並推廣到多襯底層的普適情況。在此基礎上，將基體彈性模量引入應變傳遞方程的推導過程中，分別分析了考慮基體彈性模量的四層、六層及普適結構的應變傳遞機制，並進行了相應的仿真驗證及影響參數分析。隨後，考慮感測器軸向與基體結構主應力方向成一定角度的一般情況，對其應變傳遞機制進行了研究，並進行了有限元仿真驗證及參數分析。然後，建立了兩根垂直方向的FBG感測器準確測量蒙皮平面應變場的平面應變數學模型，並設計了測量平面應變的雙波長FBG感測器。對雙FBG感測器平面應變數學模型中的未知參數：軸向應變傳遞率KL和徑向應變傳遞率KR進行了研究。推導出了基片式FBG感測器軸向應變傳遞率KL的數學方程，隨後對該方程中的影響參數進行分析，並與有限元分析結果進行對比。同時，採用數值方法對徑向應變傳遞率KR進行了研究。最後，開展了基於FBG的蒙皮應變監測演示試驗，結果驗證了監測方法的有效性。本項目的研究可為表面貼上式FBG感測器的設計及其在結構健康監測中的套用提供理論參考

基於FBG的巨型柔性蒙皮結構應變監測機理研究

基本介紹

項目摘要

結題摘要

熱門詞條