基于光纤Bragg光栅传感技术的道面结构性能检测技术研究

发布时间：2017-04-11 15:10

  本文关键词：基于光纤Bragg光栅传感技术的道面结构性能检测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：道面是机场最主要的基础设施,承担了飞机起降、滑行和停放等的任务,为机场功能可以充分发挥的基本平台。在机场跑道混凝土道面板的使用过程中,往往在使用寿命之前就出现各种破坏现象,且这些破坏无法预测,给航空器运行安全带来非常大的威胁。因此检测其结构性能,监测其健康状况尤为重要。由于助航灯光的设置,机场跑道道面板内设有连续分布的孔,使其处于带孔工作状态。因此,本文在灯光孔布置布拉格光栅传感器,测试孔内剪切应变,提出通过孔内剪切应变推求板底弯拉应变的道面结构应力监测技术思路,监测机场既有道面板在航空器运行时的应力状态,从而达到机场道面板日常维护健康预警的目的。具体研究内容如下:(1)基于中厚板理论,利用重傅立叶三角级数求解中厚板理论解,利用MATLAB求解弹性地基上中厚板的挠度及各应力应变分量,并将求得理论解与有限元模拟结果进行对比分析;获得不同位置孔孔内竖向剪切应变与板底最大弯拉应变相关关系式。(2)基于ABAQUS仿真分析软件,研究飞机荷载作用下机场接地带带孔道面板孔内竖向剪切应变的分布规律及其影响参数,对比分析开孔与未开孔、带通孔与盲孔道面板的剪切应变。(3)根据光纤光栅传感器(FBG)原理,设计了带孔混凝土道面板载荷试验,对应布置电阻应变片和光纤光栅传感器,验证FBG传感器的适用性;进一步,设计与实际道面板开孔位置相同的模型板试验,验证本文提出的道面板现场监测方法。(4)通过有限元分析及试验研究,建立带孔道面板在移动荷载及冲击荷载作用下剪切应变与弯拉应变的相关关系和基于小波包分析的损伤检测方法。
【关键词】：光纤布拉格光栅 带孔道面板 矩形中厚板 剪切应变 小波包分析
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.2;V351.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 光纤光栅传感器的应用及发展12-16
• 1.2.1 光纤光栅的原理及发展12-14
• 1.2.2 光纤光栅传感器优点及其在结构健康监测中的应用14-16
• 1.3 本文主要研究目的16
• 1.4 技术路线16-18
• 第二章 中厚道面板应力理论解及剪切与弯拉应变关系18-32
• 2.1 中厚板理论基础18-21
• 2.2 具有三个广义位移的道面板弯曲变形理论解21-23
• 2.3 道面板弯曲变形解23-27
• 2.3.1 方程解的四种情况23-24
• 2.3.2 三个广义位移的傅立叶级数及其各阶偏导数24-25
• 2.3.3 边界条件引入及转化后控制方程25-26
• 2.3.4 道面板变形控制方程26-27
• 2.4 基于理论解的中厚道面板变形及应变分析27-29
• 2.5 基于理论解的竖向剪切应变与弯拉应变的关系29-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 机场跑道道面板剪切应变有限元分析32-43
• 3.1 带孔道面板有限元模型的建立32-34
• 3.2 带孔道面板孔内竖向剪切应变分析34-42
• 3.2.1 孔内竖向剪切应变的坐标转换34-36
• 3.2.2 不同接缝传荷能力时孔内剪切应变的分布规律36-38
• 3.2.3 竖向剪切应变影响因素分析38-40
• 3.2.4 开孔与未开孔道面板的竖向剪切应变分析40-41
• 3.2.5 通孔与盲孔的竖向剪切应变分析41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 FBG传感器适用性试验研究43-49
• 4.1 机场道面带孔板带荷载试验设计与测点布置43-44
• 4.1.1 模型简化与制作43
• 4.1.2 测点布置与传感器埋设43-44
• 4.1.3 试验加载方案44
• 4.2 静载试验数据分析44-48
• 4.2.1 带孔板的有限元分析44-45
• 4.2.2 板边弯拉应变分析45
• 4.2.3 孔内竖向剪切应变分析45-47
• 4.2.4 基于FBG技术的竖向剪切应变与弯拉应变的关系47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 基于FBG传感技术的机场带孔道面板结构性能检测技术试验研究49-70
• 5.1 带孔道面板的试验设计与测点布置49-51
• 5.1.1 道面板简化与制作49
• 5.1.2 测点布置与传感器埋设49-50
• 5.1.3 试验加载方案50-51
• 5.2 试验板的有限元仿真分析51-53
• 5.2.1 带孔道面板有限元模型51
• 5.2.2 地基反应模量K值反演及孔内竖向剪切应变修正系数k51-53
• 5.3 带孔试验板的理论解53-55
• 5.3.1 模型板挠度w的对比验证53-54
• 5.3.2 模型板竖向剪切应变的对比验证54-55
• 5.4 道面板测试结果分析55-60
• 5.4.1 板底弯拉应变55-56
• 5.4.2 孔内竖向剪切应变56-59
• 5.4.3 剪切应变推算弯拉应变59-60
• 5.5 基于FBG传感技术的道面结构性能检测技术60-64
• 5.5.1 传感器的选择60
• 5.5.2 传感器的布置和安装60-62
• 5.5.3 信号采集与处理62
• 5.5.4 以孔内剪切应变推算弯拉应变的数据分析方法62-63
• 5.5.5 移动荷载作用下板内应变信号分析63-64
• 5.6 应用实例分析64-69
• 5.6.1 实际路面板试验64
• 5.6.2 测点布置与传感器埋设64-65
• 5.6.3 试验加载方案65
• 5.6.4 静载试验数据分析65-66
• 5.6.5 移动荷载试验数据分析66-69
• 5.7 本章小结69-70
• 第六章 基于FBG技术的道面板动载试验及损伤检测研究70-78
• 6.1 完整道面板动载试验70-74
• 6.1.1 冲击荷载加载70
• 6.1.2 动态应变信号分析70-72
• 6.1.3 基于小波包节点能量分析72-74
• 6.2 损伤板动载试验74-77
• 6.2.1 冲击荷载加载74-75
• 6.2.2 动态应变信号分析75-76
• 6.2.3 基于小波包节点能量分析的带孔板损伤检测76-77
• 6.3 本章小结77-78
• 第七章 结论与展望78-80
• 7.1 主要结论78
• 7.2 展望78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-84
• 作者简介84

  本文关键词：基于光纤Bragg光栅传感技术的道面结构性能检测技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：299347