FBG在蜂窝夹芯板冲击过程中的能量密度谱分析

发布时间：2017-08-18 20:25

  本文关键词：FBG在蜂窝夹芯板冲击过程中的能量密度谱分析

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【摘要】：碳纤维复合材料蜂窝夹芯板是一种应用于卫星等航天器上的结构件,能够提高整体结构的强度与刚度,在使用过程中容易发生各种损伤,尤其是低速冲击损伤。本文选取了一个碳纤维复合材料蜂窝夹芯板试件进行了冲击实验,运用小波包分解和经验模态分解来分析冲击过程的能量密度谱。通过研究,能够构建一种基于分布式光纤光栅传感器的冲击监测系统。主要研究工作和结果如下:(1)冲击实验中的光纤光栅传感器选取。光纤光栅传感器灵敏度高、测量范围广,能够用来对冲击过程进行监测。设计了光纤光栅传感器的布置方案,利用摆锤进行冲击加载。实验结果表明,3个纵向6个横向的传感器布置方式能较好地监测每一个点受到的冲击过程;试件处于正常状态,温度不变时,光纤光栅的中心波长不变,受到冲击时,中心波长会发生偏移。(2)光纤光栅传感器监测到信号的小波包分解结果。选用dbN小波系列,分解尺度选为5,从频域图上,由低频到高频获得32个不同的频率带。分析表明,光纤光栅传感器轴向的灵敏度比径向高;在各阶小波包能量中,第13阶信号变化明显,能够表征试件受冲击过程;小波包能量大小可以反映试件在频域的响应。(3)光纤光栅传感器监测到信号的经验模态分解结果。对原始信号进行反对称延拓处理,与白噪声幅值相关的k取0.2,执行EMD的次数M取100。得到5个IMF分量(IMF1~IMF5),和一个残余函数RES.。各个IMF分量都具有一定意义,分别能够反映原始信号的高频信息、低频信息、整体趋势、最大幅值和时间尺度等。研究结果表明,分布式光纤光栅冲击监测系统能够用来对蜂窝结构的冲击过程进行监测,通过小波包分解和经验模态分解分析监测到的信号可以了解蜂窝结构受冲击的过程。
【关键词】：碳纤维复合材料 蜂窝夹芯板 低速冲击 小波包分解 经验模态分解
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 引言13
• 1.2 碳纤维复合材料蜂窝夹芯板的概述13-19
• 1.2.1 蜂窝夹芯板的结构13-15
• 1.2.2 蜂窝夹芯板的损伤形式15-17
• 1.2.3 蜂窝板损伤检测技术的发展现状17-19
• 1.3 光纤光栅传感器的发展现状19-20
• 1.4 本文研究的主要内容20-21
• 第二章 光纤光栅BRAGG光栅理论与传感机理21-34
• 2.1 光纤BRAGG光栅基本理论21-25
• 2.1.1 光纤中的模式21-22
• 2.1.2 耦合模理论22-25
• 2.2 均匀正弦型光纤BRAGG光栅的耦合模分析25-28
• 2.3 光纤BRAGG光谱仿真28-30
• 2.4 光纤BRAGG光栅传感机理30-33
• 2.4.1 应变传感模型30-32
• 2.4.2 光纤Bragg光栅的温度效应32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 碳纤维复合材料蜂窝夹芯板冲击实验34-43
• 3.1 碳纤维复合材料蜂窝夹芯板冲击实验件、监测系统及实验标准34-36
• 3.1.1 碳纤维复合材料蜂窝夹芯板实验件34
• 3.1.2 冲击实验监测系统34-35
• 3.1.3 冲击实验标准35-36
• 3.2 光纤光栅传感器的选取及布置36-38
• 3.2.1 光纤光栅传感器的选取36
• 3.2.2 光纤光栅传感器的布置36-38
• 3.3 碳纤维复合材料蜂窝夹芯板的实验过程38
• 3.3.1 碳纤维复合材料蜂窝夹芯板的固支方式38
• 3.3.2 冲击加载方式38
• 3.3.3 冲击实验流程38
• 3.4 冲击信号监测38-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第四章 碳纤维复合材料蜂窝夹芯板冲击能量密度谱分析43-68
• 4.1 小波包理论分析43-47
• 4.1.1 小波分析43-45
• 4.1.2 小波包分析45-47
• 4.2 冲击信号的特征指标47-54
• 4.2.1 小波基的选取47-48
• 4.2.2 小波分解的阶数48
• 4.2.3 特征指标的选取48-54
• 4.3 经验模态分解（EMD）54-67
• 4.3.1 EMD介绍54-56
• 4.3.2 EMD的端点效应56-59
• 4.3.3 EMD的混叠效应59-61
• 4.3.4 EMD方法分解信号61-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 本文总结68-69
• 5.1.1 课题完成的主要工作68-69
• 5.1.2 课题中存在的不足69
• 5.2 课题的未来展望69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

【参考文献】

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1 汤s，

本文编号：696586