航天器金属结构冲击与疲劳裂纹扩展分布式光纤监测研究
发布时间：2021-05-17 22:41
随着航空航天器服役环境日趋复杂和苛刻,在长期服役过程中,由于受到冲击、疲劳等恶劣因素影响,不可避免地引起结构衰退和损伤,从而对结构运行安全和使用寿命带来危害,因此对其进行结构健康监测和评估十分重要。而光纤光栅传感器（FBG）具有质轻、抗电磁干扰、灵敏度高、易于分布式组网等独特优点,非常适合应用于复杂环境条件下的航空航天领域。为此,本文主要以航天器铝合金金属结构为对象,研究了基于光纤光栅传感器的金属结构冲击和疲劳裂纹扩展监测方法。主要工作包括以下几方面:首先,针对航天器结构健康监测中分布式光纤光栅传监测系统构建的应用需求,研究了基于穿舱接插器和光开关的分布式光纤光栅监测系统。实现了针对嵌入穿舱接插器的光纤光栅解调系统传输性能评估,研究了基于不同航天器结构形式的失效传感器网络自修复方法,为后续航天器结构健康监测系统构建提供技术支撑。其次,以铝合金圆筒结构为研究对象,研究了光纤光栅传感器在圆筒结构上的优化配置方式和冲击响应特性,提出利用分形滤波与小波分解进行冲击信号预处理的方法。在此基础上,结合小波包分解技术,提出一种基于小波包频带能量比与三线相交的冲击定位方法,采用“先区域,后坐标”定位思...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 航空航天器冲击监测研究背景
1.1.2 疲劳裂纹监测研究背景
1.1.3 光纤穿舱接插器和光开关应用背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 航空航天器冲击监测研究现状
1.2.2 疲劳裂纹扩展监测技术研究现状
1.3 本文研究意义及内容
1.3.1 本文研究意义
1.3.2 本文研究内容
第二章 基于穿舱接插器与光开关的分布式光纤光栅监测系统研究
2.1 光纤布拉格光栅(FBG)传感机理
2.1.1 光纤布拉格光栅应变传感机理
2.1.2 光纤布拉格光栅温度传感机理
2.2 光纤穿舱接插器传输性能评估研究
2.2.1 光纤穿舱接插器传输特性
2.2.2 光纤光栅解调系统串接传感器容量评估
2.2.3 光纤穿舱接插器传感网络损耗降低方法
2.3 基于光开关与图论的光纤光栅传感网络自修复方法研究
2.3.1 基于光开关的分布式光纤光栅传感拓扑网络结构
2.3.2 基于图论的光纤光栅传感网络自修复技术原理
2.3.3 不同机械结构形式航天器传感器网络自修复研究
2.4 本章小结
第三章 基于小波包频带能量比与三线相交法的圆筒结构冲击定位监测研究
3.1 光纤布拉格光栅(FBG)传感器优化配置研究
3.1.1 传感器粘贴方式研究
3.1.2 FBG传感器布局形式
3.2 铝合金圆筒结构试验系统搭建
3.3 冲击响应信号处理与分析
3.3.1 分形滤波算法
3.3.2 小波与小波包分析技术
3.3.3 冲击响应信号预处理
3.3.4 冲击信号响应特性研究
3.4 冲击定位算法研究
3.4.1 冲击载荷区域辨识
3.4.2 冲击载荷坐标准确定位
3.5 结果分析与讨论
3.6 本章小结
第四章 单边缺口试件疲劳裂纹扩展分布式光纤监测技术研究
4.1 裂纹扩展相关理论
4.1.1 疲劳裂纹扩展规律
4.1.2 裂纹尖端应力应变场
4.2 裂纹扩展有限元仿真研究
4.2.1 试件材料与尺寸
4.2.2 有限元仿真模型与网格划分
4.2.3 传感器分布布局
4.3 光纤光栅疲劳裂纹扩展监测试验研究
4.3.1 试验系统
4.3.2 光纤光栅监测疲劳裂纹扩展分析
4.3.3 裂纹扩展位置预测
4.4 本章小结
第五章 航天器分布式光纤传感器冲击与疲劳集成监测软件设计
5.1 LabVIEW图形化语言概述
5.2 软件功能需求分析和总体架构设计
5.2.1 软件功能需求分析
5.2.2 软件总体架构设计
5.3 程序模块设计
5.3.1 数据采集
5.3.2 数据处理与显示
5.3.3 预警报警
5.3.4 数据保存与历史查询
5.3.5 时间实时显示
5.4 人机交互界面
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 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：3192586
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 航空航天器冲击监测研究背景
1.1.2 疲劳裂纹监测研究背景
1.1.3 光纤穿舱接插器和光开关应用背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 航空航天器冲击监测研究现状
1.2.2 疲劳裂纹扩展监测技术研究现状
1.3 本文研究意义及内容
1.3.1 本文研究意义
1.3.2 本文研究内容
第二章 基于穿舱接插器与光开关的分布式光纤光栅监测系统研究
2.1 光纤布拉格光栅(FBG)传感机理
2.1.1 光纤布拉格光栅应变传感机理
2.1.2 光纤布拉格光栅温度传感机理
2.2 光纤穿舱接插器传输性能评估研究
2.2.1 光纤穿舱接插器传输特性
2.2.2 光纤光栅解调系统串接传感器容量评估
2.2.3 光纤穿舱接插器传感网络损耗降低方法
2.3 基于光开关与图论的光纤光栅传感网络自修复方法研究
2.3.1 基于光开关的分布式光纤光栅传感拓扑网络结构
2.3.2 基于图论的光纤光栅传感网络自修复技术原理
2.3.3 不同机械结构形式航天器传感器网络自修复研究
2.4 本章小结
第三章 基于小波包频带能量比与三线相交法的圆筒结构冲击定位监测研究
3.1 光纤布拉格光栅(FBG)传感器优化配置研究
3.1.1 传感器粘贴方式研究
3.1.2 FBG传感器布局形式
3.2 铝合金圆筒结构试验系统搭建
3.3 冲击响应信号处理与分析
3.3.1 分形滤波算法
3.3.2 小波与小波包分析技术
3.3.3 冲击响应信号预处理
3.3.4 冲击信号响应特性研究
3.4 冲击定位算法研究
3.4.1 冲击载荷区域辨识
3.4.2 冲击载荷坐标准确定位
3.5 结果分析与讨论
3.6 本章小结
第四章 单边缺口试件疲劳裂纹扩展分布式光纤监测技术研究
4.1 裂纹扩展相关理论
4.1.1 疲劳裂纹扩展规律
4.1.2 裂纹尖端应力应变场
4.2 裂纹扩展有限元仿真研究
4.2.1 试件材料与尺寸
4.2.2 有限元仿真模型与网格划分
4.2.3 传感器分布布局
4.3 光纤光栅疲劳裂纹扩展监测试验研究
4.3.1 试验系统
4.3.2 光纤光栅监测疲劳裂纹扩展分析
4.3.3 裂纹扩展位置预测
4.4 本章小结
第五章 航天器分布式光纤传感器冲击与疲劳集成监测软件设计
5.1 LabVIEW图形化语言概述
5.2 软件功能需求分析和总体架构设计
5.2.1 软件功能需求分析
5.2.2 软件总体架构设计
5.3 程序模块设计
5.3.1 数据采集
5.3.2 数据处理与显示
5.3.3 预警报警
5.3.4 数据保存与历史查询
5.3.5 时间实时显示
5.4 人机交互界面
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文工作总结
6.2 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：3192586
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