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基于分布式光纤传感器的变形监测与应变场重构方法研究

发布时间:2023-05-28 08:07
  航空航天结构在长期服役的过程中,受恶劣环境的影响易发生损伤,从而导致飞行器安全性能的下降。变形和应变信息是评价飞行器结构健康状态的重要依据。因此,针对飞行器结构展开变形监测和应变场重构具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤光栅传感器的结构变形监测与应变场重构技术,能够提升飞行器结构健康监测能力,保障飞行器服役期间的安全性和可靠性。本文的主要研究工作包括以下几个方面:首先,针对类似运载火箭壳体的大长径比管状结构特点,分别研究了基于坐标变换原理的变形算法和基于切角递推原理的变形算法。借助ANSYS数值模拟方法,验证了两种变形算法的可行性。其次,构建了基于分布式光纤光栅传感器的大长径比管状结构变形监测系统,开发了基于图形化软件LabVIEW的管状结构变形监测可视化程序。通过比较分布式光纤变形监测系统重构出的变形量和激光位移传感器直接测量的位移量,实验验证了两种变形算法的可行性,并给出了重构误差影响因素。再次,针对机翼结构变形监测需求,研究了基于模态叠加原理的变形监测算法。采用有限元分析方法,分析了铝合金板的应变模态和位移模态。在此基础上,构建了基于光纤光栅传感器的单边固支铝合金板变...

【文章页数】:110 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
摘要
abstract
注释表
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 变形监测研究背景
        1.1.2 应变场重构研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 变形监测研究现状
        1.2.2 应变场重构研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第二章 大长径比管状结构三维变形分布式光纤监测与重构方法
    2.1 光纤光栅传感器原理
        2.1.1 光纤光栅传感器结构
        2.1.2 光纤光栅应变传感原理
    2.2 管状结构应变曲率的转化及曲率的连续化
        2.2.1 应变曲率的转化
        2.2.2 曲率连续化算法
    2.3 管状结构变形重构算法
        2.3.1 基于坐标变换的管状结构变形重构算法原理
        2.3.2 基于切角递推的管状结构变形重构算法原理
    2.4 管状结构变形算法有限元仿真分析
        2.4.1 管状结构有限元建模
        2.4.2 变形重构误差判断方法
        2.4.3 不同加载方式下管状结构变形仿真分析
    2.5 变形重构精度影响因素分析
        2.5.1 传感器数量对变形重构精度影响分析
        2.5.2 曲率连续化算法对变形重构精度影响分析
    2.6 本章小结
第三章 大长径比管状结构三维变形分布式光纤监测与重构实验
    3.1 实验系统的构建
        3.1.1 实验硬件系统构成
        3.1.2 光纤光栅传感网络
    3.2 基于图形化软件LabVIEW的变形监测可视化系统实现
        3.2.1 系统的功能模块
        3.2.2 管状结构变形重构与可视化
    3.3 不同加载方式下管状结构变形监测实验
        3.3.1 竖直方向变形
        3.3.2 水平方向变形
    3.4 实验误差分析
        3.4.1 应变测量误差
        3.4.2 算法计算误差
    3.5 本章小结
第四章 基于模态叠加原理的柔性结构变形监测方法研究
    4.1 基于模态叠加的柔性结构变形监测原理
    4.2 铝合金板结构变形仿真分析
        4.2.1 铝合金板结构有限元模型的建立
        4.2.2 铝合金板结构的模态分析
        4.2.3 不同加载方式下变形算法重构效果分析
    4.3 加筋复合材料板变形仿真
        4.3.1 加筋板有限元模型
        4.3.2 仿真结果与分析
    4.4 铝合金板变形分布式光纤监测与重构实验
        4.4.1 实验系统的搭建
        4.4.2 实验结果与分析
    4.5 本章小结
第五章 基于模态叠加原理的薄板结构应变场重构方法研究
    5.1 基于模态叠加的应变场重构原理
    5.2 铝合金板应变场重构有限元仿真分析
        5.2.1 单个载荷加载
        5.2.2 多个载荷加载
        5.2.3 均布载荷加载
    5.3 四边固支复合材料板应变重构仿真
        5.3.1 复合材料板结构有限元模型
        5.3.2 仿真结果与分析
    5.4 铝合金板应变场分布式光纤监测与重构实验
        5.4.1 实验平台的搭建
        5.4.2 应变测量系统
        5.4.3 实验结果和讨论
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文主要工作
    6.2 进一步展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及学术论文



本文编号:3824262

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