基于SMA的光纤光栅位移传感器的设计与应用研究

发布时间：2017-09-25 00:31

  本文关键词：基于SMA的光纤光栅位移传感器的设计与应用研究

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【摘要】：光纤光栅是性能优良的传感元件,在民用飞机结构健康监测领域具有非常广阔的应用前景。随着现代民用飞机性能的提高,复杂航空结构件的大变形和位移监测对光纤光栅传感器提出了新的要求。本文介绍了光纤光栅传感器在民用航空的飞行器结构监测领域的研究现状,提出了一种基于形状记忆合金的光纤光栅位移传感器的设计方法,利用形状记忆合金变形的柔顺性和任意性的特点,通过形状记忆效应辅助光纤光栅成S型。从传感器的力学分析、有限元仿真、传感器性能测试三个方面展开研究。主要研究内容如下:首先,阐述了形状记忆合金和光纤光栅传感器的基本理论。利用大曲率曲杆模型推导了光纤Bragg光栅位移传感器的波长变化与S型形状记忆合金位移变化之间的关系。利用有限元软件对S型形状记忆合金进行仿真,研究不同的位移载荷下形状记忆合金结构的应变变化情况。依据ANSYS仿真结果进行光纤Bragg光栅位移传感器的光谱仿真。其次,设计和研制了基于形状记忆合金的光纤Bragg光栅位移传感器,利用形状记忆合金的形状记忆效应驱动光纤光栅传感器柔顺变形。通过对光纤光栅位移传感器进行拉伸实验,研究传感器中心波长、光谱带宽以及反射光强与位移之间关系。最后,通过蜂窝夹芯复合材料试件的冲击载荷监测与碳纤维复合材料接头拉伸损伤监测对光纤Bragg光栅位移传感器的应用进行了探索研究,为该类传感器应用于航空结构件的结构健康监测提供实验指导。
【关键词】：智能结构监测 形状记忆合金 光纤布拉格光栅 有限元仿真
【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】：2015
【分类号】：TP212;V267
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 引言12
• 1.2 国内外研究现状12-20
• 1.2.1 形状记忆合金的研究现状12-16
• 1.2.2 光纤光栅传感技术研究现状16-20
• 1.3 研究目的与意义20
• 1.4 本文主要研究内容20-22
• 第二章 基于形状记忆合金的光纤光栅位移传感器基本理论22-36
• 2.1 形状记忆合金22-32
• 2.1.1 形状记忆合金的基本概念22-26
• 2.1.2 形状记忆合金的马氏体描述26-28
• 2.1.3 形状记忆合金本构模型及其回复分析28-32
• 2.2 光纤布拉格光栅传感器基本介绍32-35
• 2.2.1 光纤的基本结构及介绍32
• 2.2.2 光纤布拉格光栅传感器的传感原理32-35
• 2.3 本章小结35-36
• 第三章 基于SMA的光纤光栅位移传感器特性研究36-49
• 3.1 光纤光栅位移传感器拉伸变形的力学分析36-39
• 3.2 S型SMA的有限元仿真39-46
• 3.2.1 有限元分析简介39-41
• 3.2.2 有限元建模与分析41-46
• 3.3 光纤光栅位移传感器的反射光谱仿真46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 基于SMA的光纤光栅位移传感器研究49-57
• 4.1 传感器设计思路49
• 4.2 基于SMA的光纤光栅位移传感器的封装制作49-52
• 4.2.1 形状记忆合金的训练过程49-51
• 4.2.2 光纤光栅粘贴位置的确定51-52
• 4.3 基于SMA的光纤光栅位移传感器的拉伸实验平台的搭建52-54
• 4.3.1 实验设计思路52
• 4.3.2 实验仪器和实验材料52-53
• 4.3.3 实验内容53-54
• 4.4 实验结果分析54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第五章 基于SMA的光纤光栅位移传感器性能测试57-67
• 5.1 基于SMA的光纤光栅传感器的冲击测试57-62
• 5.1.1 冲击测试的平台的搭建57-59
• 5.1.2 冲击测试的实验内容59-60
• 5.1.3 冲击测试的实验结果分析60-62
• 5.2 基光纤光栅位移传感器的T型接头损伤探索研究62-66
• 5.2.1 损伤测试的平台的搭建62-64
• 5.2.2 损伤监测的实验研究64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 研究结论67
• 6.2 工作展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文74

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3 朱明;神奇的形状记忆合金[J];企业技术开发;2001年10期

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5 朱玉田,，

本文编号：914353