基于光纤光栅传感的薄板应力波检测技术

发布时间：2017-09-29 23:11

  本文关键词：基于光纤光栅传感的薄板应力波检测技术

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【摘要】：近年来,随着工业技术的发展,板状材料被广泛应用于工程结构、航空航天、造船以及建筑装饰等领域。而板状材质作为大型机械的部件,在使用过程中经常会受到外力的冲击碰撞等作用,从而导致材质受损,或者因长期使用而老化,因此有必要对其进行高质量的力学检测,以满足工程需要、避免财产损失,甚至人员伤亡。传统的电磁式传感技术已满足不了高精度的要求,光纤光栅作为一种新型传感器,具有电磁式传感器无法比拟的优点,其质量轻、体积小、精度高、且不受电磁感受、适合在恶劣环境下工作,因此在实际工程中的应用也越来越广泛。应力波信号遇到裂纹、分层等缺陷时,会发生反射、散射和透射,且信号中携带大量缺陷信息,通过探测、分析该信号,可查明结构性能的好坏,从而为结构优化提供依据。本文基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真,对板在受冲击时形成的应力波进行了分析,并对其进行实验测量。本文研究的主要内容包括以下几个方面：1、首先介绍了板中应力波的种类以及超声应力波,简述了光纤光栅的发展概况、应用现状以及信号解调方法,全面介绍了薄板应力波检测的研究现状。2、系统分析了光纤光栅的工作原理和传感特性。分别分析了无限薄板和有限薄板中应力波的形成及传输；还分析了薄板应力波遇到不同介质时的反射和折射,最后简介了薄板中的塑性应力波。3、利用ANSYS软件建立薄板与冲击杆模型,并对其进行动力仿真分析,得到了板受冲击后的应力分布情况,在仿真过程中改变冲击杆的尺寸、冲击速度以及板的材料属性和板厚,观察测得的应力时程。同时根据仿真结果,确定板表面应力波检测节点。4、搭建冲击装置,利用光纤光栅应变传感器对板中应力波进行检测。改变冲击杆尺寸、冲击速度以及板的材料等参数,监测应力波的变化情况,记录节点处的应变时程,得到了与仿真基本一致的结果。最后利用超声激励-光纤光栅检测技术对铝合金板中的裂缝进行检测,根据示波器显示信息,判断裂缝位置。
【关键词】：光纤光栅传感器 薄板 有限元仿真 应力波
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB302.5
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-30
• 1.1 课题研究背景及意义16
• 1.2 应力波的基本概述16-20
• 1.2.1 应力波的产生16-17
• 1.2.2 薄板中的应力波17-19
• 1.2.3 超声波激励19-20
• 1.3 光纤光栅传感20-26
• 1.3.1 光纤光栅技术发展概况20-21
• 1.3.2 光纤光栅传感器的应用现状21
• 1.3.3 光纤光栅传感器信号解调系统21-26
• 1.4 薄板应力波检测的研究现状26-28
• 1.4.1 应力波研究现状26
• 1.4.2 薄板应力波研究现状26-28
• 1.5 论文的主要研究内容28-30
• 第二章 基于光纤光栅传感的薄板应力波检测原理30-42
• 2.1 光纤光栅传感器的工作原理30-31
• 2.1.1 光纤光栅传感原理30
• 2.1.2 光纤光栅传感特性30-31
• 2.2 一维应力波的传播31-33
• 2.3 薄板中应力波的传播33-41
• 2.3.1 无限板中的纵波33-34
• 2.3.2 无限板中的横波34-35
• 2.3.3 无限板中的表面波35-38
• 2.3.4 有限板中的应力波38-40
• 2.3.5 薄板中应力波的反射与折射40-41
• 2.4 薄板中的塑性应力波41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 薄板冲击加载模拟与应力波传播过程分析42-58
• 3.1 有限元模型的建立42-43
• 3.1.1 有限元分析方法简介42
• 3.1.2 模型建立42-43
• 3.2 薄板有限元仿真43-45
• 3.2.1 几何模型建立及材料属性设置43-44
• 3.2.2 网格划分与单元选择44-45
• 3.2.3 边界条件及求解时间设置45
• 3.3 薄板应力波仿真结果及分析45-57
• 3.3.1 薄板水平方向表面应力波传播规律45-50
• 3.3.2 板厚对应力波的影响50-52
• 3.3.3 材质对应力波的影响52-53
• 3.3.4 冲击速度对应力波的影响53-54
• 3.3.5 冲击杆尺寸对应力波的影响54-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 基于光纤光栅传感的薄板应力波检测及在裂纹探测方面的应用58-72
• 4.1 实验装置58-60
• 4.2 实验结果与分析60-69
• 4.2.1 实验过程60-63
• 4.2.2 冲击杆尺寸对薄板表面应力波的影响63-65
• 4.2.3 冲击速度对薄板表面应力波的影响65-66
• 4.2.4 薄板材质对应力波的影响66-67
• 4.2.5 板厚对应力波的影响67-69
• 4.3 薄板应力波检测在裂纹探测方面的应用69-71
• 4.3.1 实验装置69-70
• 4.3.2 实验结果及分析70-71
• 4.4 本章小结71-72
• 第五章 总结与展望72-73
• 5.1 总结72
• 5.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹宇鹏;冯爱新;薛伟;花国然;;激光冲击波诱导2024铝合金表面动态应变特性试验研究及理论分析[J];中国激光;2014年09期

2 薛志超;张栋;张小琼;徐全鹏;;冲击回波法在梁板厚度检测中的应用[J];公路交通科技(应用技术版);2012年08期

3 刘斌;;利用渗透检测技术检验人工关节金属零件的表面缺陷[J];材料工程;2009年05期

4 毛勇建;李玉龙;;杆中嵌入薄板的应力波传播行为[J];固体力学学报;2008年03期

5 陆兆峰;秦e，

本文编号：944760